3. Биология и медицина

3. Биология и медицина

3.1. Что такое панспермия?

Происхождение жизни на Земле остается загадкой и предметом споров не одну сотню лет. Дело в том, что наша планета возникла приблизительно 4,5 миллиарда лет назад и в течение первых 500 миллионов лет ее поверхность подвергалась бомбардировке потоками метеоритов, которые вроде бы должны были препятствовать не только появлению жизни, но даже образованию свободной водной поверхности. Однако простейшие формы жизни найдены в пластах, имеющих возраст около 4,3 миллиарда лет. Двухсот миллионов лет явно недостаточно для самопроизвольного образования органических молекул, не говоря уже о живых клетках. Но во Вселенной за 12–15 миллиардов лет ее существования такой процесс вполне мог пройти. Именно из этих соображений немецкий ученый Герман Рихтер в 1865 году предположил, что жизнь зародилась в космосе, чрезвычайно долго сохранялась там почти при абсолютном нуле в анабиозе и была занесена на Землю упавшими на нее метеоритами. Гипотезу, получившую название «панспермия» (по-гречески – всеобщее семя), поддержали шведский физикохимик Сванте Аррениус и немецкий физик и физиолог Герман Гельмгольц. Однако впоследствии возобладало мнение, что сложные молекулы неизбежно разрушаются жестким ультрафиолетовым и космическим излучениями, и об идее панспермии забыли. Однако в 1964 году Люис Снайдер из Иллинойсского университета (США) объявил, что в космосе им обнаружена простейшая аминокислота – глицин (NH2CH2COOH). В дальнейшем открытие не подтвердилось, но исследователь продолжал работу. В 2002 году Снайдер и астрофизик из Тайваньского университета И Цзенкунь совместно представили неопровержимые доказательства наличия глицина в газопылевых облаках. Механизм образования аминокислот был также смоделирован в лабораторных условиях, имитирующих условия глубокого космоса. Их синтез проходил в ледяных кристаллах с включениями простых органических соединений при облучении ультрафиолетом в вакууме. Обнаружение абиогенного (возникшего из веществ неорганической природы) глицина доказывает, что химические процессы, необходимые для возникновения жизни, не уникальны и могут проходить не только в земных условиях, но и в космическом пространстве. Это заставляет взглянуть на гипотезу панспермии по-новому.

3.2. Как распределена суммарная масса живого вещества на Земле между сушей и океаном?

Общая масса живого вещества на континентах нашей планеты составляет около 2420 миллиардов тонн. Из них 2400 миллиардов тонн (99,2 процента) приходится на растения и всего лишь 20 миллиардов тонн (0,8 процента) – на животных и микроорганизмы. Общая масса живого вещества в воде Мирового океана составляет 3,2 миллиарда тонн. Из них на растения приходится всего лишь 200 миллионов тонн (6,3 процента), а на животных и микроорганизмы – 3 миллиарда тонн (93,7 процента).

3.3. Что такое фотосинтез и какое значение он имеет для жизни на Земле?

Фотосинтезом называют образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех других организмов, из простых соединений(например, углекислого газа и воды) за счет энергии света, поглощаемой хлорофиллом и другими фотосинтетическими пигментами. Фотосинтез – один из важнейших биологических процессов, постоянно и в огромных масштабах совершающийся на нашей планете. Об этих масштабах и значении фотосинтеза в природе можно судить уже по одному количеству солнечной энергии, перехватываемой зелеными листьями и «законсервированной» в растениях: ежегодно только растения суши запасают в виде углеводов столько энергии, сколько могли бы израсходовать 100 тысяч больших городов в течение 100 лет! Около 95 процентов урожая определяют органические вещества, полученные в зеленых листьях за счет воздушно-солнечного питания растений – фотосинтеза, и лишь остальные 5 процентов зависят от почвенного или минерального питания. В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно образует более 100 миллиардов тонн органического вещества, усваивая при этом около 200 миллиардов тонн углекислого газа и выделяя во внешнюю среду около 145 миллиардов тонн свободного кислорода. Не исключено, что благодаря фотосинтезу образуется весь кислород атмосферы. Значение и сущность фотосинтеза очень наглядно показал К. А. Тимирязев в своей знаменитой книге «Жизнь растений»: «Когда-то где-то на землю упал луч солнца, но упал он не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или лучше сказать на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу. В той или иной форме он вошел в состав хлеба, послужившего нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу…»

3.4. Как велика потребность в кислороде у животных?

Потребность в кислороде у различных форм животных зависит от условий их обитания и образа жизни. Усложнение организма в ходе эволюции, переход животных из воды на сушу, появление терморегуляции обусловили возрастание интенсивности окислительного обмена и соответственно повышение потребности в кислороде. Ниже приведены уровни потребности некоторых животных в кислороде (в миллилитрах в час): одноклеточное (инфузория-туфелька) – 0,00000005; моллюск (мидия) – 0,55; рак речной – 1,5; бабочка (дневной павлиний глаз, при температуре 20 градусов по Цельсию) – 0,18 (в состоянии покоя) и 30 (в полете); нехищная рыба (сазан) – 80; хищная рыба (щука) – 280; мелкое млекопитающее (мышь) – 50 (в состоянии покоя) и 400 (в движении); человек – 15 000 (в состоянии покоя) и 300 000 (в процессе тяжелой работы).

3.5. В чем сущность вклада Чарлза Дарвина в развитие эволюционного учения?

Еще в VI веке до нашей эры грек Анаксимандр утверждал, что человек произошел от других животных, его предки жили в воде и были покрыты чешуей. Чуть позже, в IV веке до нашей эры, Аристотель пояснял, что полезные признаки, случайно проявившиеся у животных, сохраняются природой, так как делают этих животных более жизнеспособными, их же собратья, не имеющие таких признаков, погибают. Аристотель составил «лестницу существ», расположив организмы от менее к более сложным: начиналась она камнями, заканчивалась человеком. В 1677 году англичанин М. Хейл впервые применил термин «эволюция» (от латинского «развертывание»), которым обозначил единство индивидуального и исторического развития организмов. В XVIII веке в биологии появился трансформизм – учение об изменяемости видов животных и растений. Оно противопоставлялось креационизму (от латинского «сотворение») – религиозному учению, основанному на концепции божественного создания мира и неизменности видов. Сторонники трансформизма (Жорж Бюффон во Франции, Эразм Дарвин в Англии и др.) обосновывали изменяемость видов главным образом двумя фактами: наличием переходных форм между близкими видами и единством плана строения организмов больших групп животных и растений. Причин и факторов изменения видов они не рассматривали. В 1809 году Жан-Батист Ламарк в труде «Философия зоологии» изложил первую последовательную теорию эволюции. Он ошибочно объяснял этот процесс(переход от низших форм жизни к высшим) тем, что природе якобы свойственны стремление к совершенствованию и наследование организмами благоприобретенных свойств. Согласно первому «закону» Ламарка, упражнение органов приводит к их прогрессивному развитию, а неупражнение – к редукции. Согласно второму «закону», результаты упражнения и неупражнения органов при достаточной продолжительности воздействия закрепляются в наследственности организмов и далее передаются из поколения в поколение уже вне зависимости от вызвавших их воздействий среды. Истинные факторы эволюции вскрыл Чарлз Дарвин, тем самым создав научно обоснованную эволюционную теорию (изложена в труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», 1859). Движущими силами эволюции, считал Дарвин, выступают наследственная изменчивость и борьба за существование, а неизбежным результатом наследственной изменчивости в условиях борьбы за существование становится естественный отбор – преимущественное выживание наиболее приспособленных особей каждого вида. Их участие в размножении позволяет накапливать и суммировать полезные наследственные изменения. Дальнейшее развитие биологии подтвердило правильность дарвиновской теории, поэтому в наше время термины «дарвинизм» и «эволюционное учение» часто употребляются как синонимы.

3.6. Кто такие креационисты?

Креационистами называют противников теории эволюции, которые объясняют происхождение всего сущего актом (или актами) творения и решительно отвергают учение Дарвина. Сторонники теории сотворения мира убеждены, что их взгляды более точно соответствуют данным современной науки. Закон эволюции гласит: «Мир в своей исходной точке был хаотичным. Он усложнялся и упорядочивался с течением времени». Креационисты же, напротив, утверждают, что в природе главенствует правило, согласно которому совершенный порядок ухудшается, приходит в упадок по мере выполнения своего предназначения. Креационисты делают вывод, что основные виды животных и растений вовсе не развились из предшествующих, так как среди ископаемых отсутствуют различные промежуточные формы. Ведь если бы было иначе, замечают они, то не могло быть и речи ни о какой классификации флоры и фауны, поскольку между постоянно изменяющимися промежуточными формами нельзя провести границы. Сам Чарлз Дарвин, возвратясь из кругосветного путешествия на корвете «Бигл», писал, что количество промежуточных разновидностей живых организмов, населявших Землю на протяжении ее биологической истории, должно быть поистине огромным. Это доказывало бы существование процесса развития биосферы. Но к настоящему времени не удалось проследить ни одной непрерывной цепочки. Даже в отношении нас, людей, дело обстоит не совсем гладко: эволюционисты по-прежнему продолжают поиски «недостающего звена», подтверждающего постепенное превращение обезьяны в человека. Иногда креационизм примитивно сводят к библейскому рассказу о сотворении всего живого Богом, что совершенно неправомерно. Одним из многочисленных примеров креационной модели сотворения человека разумного может служить модель, изложенная Артуром Кларком в романе «Космическая одиссея 2001 года»: человекообразной обезьяне придают новые признаки (интеллект) посредством внешнего воздействия.

3.7. Почему Уоллес, одновременно с Дарвиным создавший теорию естественного отбора, позднее отказался от нее?

В 1858 году в Лондоне на заседании Линнеевского общества Чарлз Дарвин впервые огласил основные положения своей теории естественного отбора. На том же заседании был прочитан доклад Алфреда Уоллеса, высказавшего взгляды, совпадавшие с дарвиновскими. Оба доклада были опубликованы вместе в журнале Линнеевского общества, но Уоллес признал, что Дарвин разработал теорию эволюции раньше, глубже и полнее. Свой основной труд, вышедший в 1889 году, он назвал «Дарвинизм», подчеркивая тем самым приоритет коллеги. Однако спустя несколько лет Уоллес выступил против дарвинизма, приводя в пользу своей новой точки зрения следующие доводы. Согласно теории естественного отбора, сохраняться должны только полезные наследственные изменения, дающие особям преимущество в выживании, а никак не наоборот. Тогда как объяснить, спрашивал Уоллес, например, наличие у человека аппендикса, воспаление которого нередко приводит к смерти (при отсутствии хирургического вмешательства). Или, что еще более загадочно, как развился у первобытного человека столь крупный мозг – в мире, где значительно более важными факторами в борьбе за существование являлись острота зубов и когтей, мышечная сила и скорость реакции?

3.8. Где и когда появился первый палеонтологический музей?

Первый палеонтологический музей был учрежден в Риме по повелению императора Августа (63 до нашей эры – 14 нашей эры), который был не чужд увлечения древностями. Для музея в Вечном городе построили специальное здание, в котором хранились останки морских чудищ и вымерших гигантов, при этом часть экспонатов была доставлена из Греции. Служители музея и его посетители искренне полагали, что огромные кости принадлежали героям и титанам, сражавшимся (безуспешно) с самим Зевсом.

3.9. Какие растения и животные называют реликтовыми?

Реликтовыми называют виды растений и животных, входящие в состав растительного покрова и животного мира данной страны или области как пережитки флоры и фауны минувших эпох. Такие растения и животные часто находятся в некотором несоответствии с современными условиями существования. В качестве примеров реликтовых растений и животных можно привести следующие (в скобках указана эра древнейших находок): араукария – род хвойных деревьев в Южном полушарии (мезозой), гинкго и один вид метасеквойи – листопадное и хвойное деревья в Китае (мезозой), три вида таксодиума – хвойное дерево в Северной Америке (третичный период), плеченогие Lingula и Crania – виды беспозвоночных в тропических морях (девон), кораблик, или наутилус, – род головоногих моллюсков в тропических морях (мезозой), латимерия – рыба обнаруженная у берегов Мадагаскара (девон), шесть видов двоякодышащих рыб в водоемах Африки, Австралии и Южной Америки (девон), ехидна, проехидна и утконос – млекопитающие животные в Австралии (мезозой), выхухоль – млекопитающее животное в бассейнах Волги, Дона и Урала.

3.10. Что изучает наука генетика?

Генетика – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, генетику животных, генетику микроорганизмов, генетику человека и т. д., а в зависимости от используемых методов других дисциплин – биохимическую генетику, молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Генетика вносит огромный вклад в развитие теории эволюции (эволюционная генетика, генетика популяций). Идеи и методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Они имеют важное значение для решения проблем медицины, сельского хозяйства, микробиологической промышленности. Новейшие достижения генетики связаны с развитием генетической инженерии.

3.11. Благодаря какой случайности Грегор Мендель был заслуженно признан основоположником учения о наследственности?

В середине XIX века австрийский монах и ботаник-любитель Грегор Мендель (1822–1884) проводил опыты по скрещиванию (посредством искусственного опыления) растений одного и того же вида (вначале это был горох, позднее – фасоль), обладающих различными признаками. Менделя интересовало, как после скрещивания передаются последующим поколениям такие признаки, как цвет горошин (зеленые и желтые), их внешний вид (гладкие и сморщенные), длина стебля растения (длинные и короткие). В течение 8 лет Мендель поставил 355 опытов и получил около 13 тысяч растений-мутантов, тщательно фиксируя результаты наблюдений, что позволило ему сделать выводы, которые мы до сих пор называем законами Менделя. В 1863 году он закончил эксперименты, тщательно описал их результаты и отправил копию весьма авторитетному в то время немецкому ботанику Карлу Вильгельму фон Негели. Профессор счел выводы никому не известного любителя, к тому же полученные на основе простого подсчета растений, не заслуживающими внимания и дал на них отрицательный отзыв. В 1866 году Мендель опубликовал результаты своих исследований в одном из провинциальных австрийских журналов, но и эта публикация не привлекла внимания современников. Двойная неудача обескуражила Менделя, и он вернулся к исполнению своих монастырских обязанностей, забросив исследования. Имя Менделя и его достижения, вероятно, так и остались бы неизвестными потомкам, если бы три десятилетия спустя не произошел один из самых поразительных случаев в истории науки. В одном и том же году по меньшей мере три человека – голландец Хуго де Фриз, немец Карл Эрих Корренс и австриец Эрих фон Чермак – независимо друг от друга пришли к тем же выводам, что и Мендель. Не будучи знакомы ни друг с другом, ни с работами Менделя, все трое в 1900 году подготовили материалы к публикации; все трое при работе с литературой на эту тему, к своему великому удивлению, натолкнулись на статью Менделя; все трое опубликовали свои материалы в том же 1900 году. И все трое сослались на публикацию Менделя, тем самым вручив ему пальму первенства и низведя свои работы до ранга лишь подтверждающих сделанное ранее открытие.

3.12. Почему мушка дрозофила стала классическим объектом генетики?

Дрозофилы – род мух семейства плодовых мушек. Это мелкое насекомое (длиной 2–3,5 миллиметра) со вздутым телом и обычно красными глазами имеет свыше 1000 видов. Дрозофилы распространены очень широко, особенно многочисленны они в субтропиках и тропиках (только на Гавайских островах свыше 300 видов). Для изучения наследования генов дрозофилы являются гораздо более удобным объектом, чем, скажем, горох или какое-либо лабораторное животное. Они быстро размножаются (жизненный цикл составляет в среднем 10 суток от яйца до мухи), дают многочисленное потомство. Их легко выращивать тысячами в пространстве весьма малого объема и без значительных затрат на корм. Дрозофилы при большом разнообразии рас и мутантов обладают множеством таких наследуемых признаков, которые легко проследить. У них достаточно простой хромосомный аппарат – всего 4 пары хромосом на клетку. В лабораториях обычно разводят обыкновенную плодовую мушку (Drosophila melanogaster), на которой, начиная с работ Т. Х. Моргана и его школы (1910-е годы), проведены многочисленные исследования по генетике, физиологии, экологии, этологии, цитологии, закономерностям эволюции. Результаты работ с дрозофилой публикуются во многих специальных периодических изданиях, а краткая текущая информация – в ежегоднике «Drosophila Information Service».

3.13. Какую пользу извлек фермер Сет Райт, заметив мутацию в своем стаде овец?

В 1871 году на ферме Сета Райта (штат Массачусет, США) родился ягненок с необычайно короткими ногами. Проницательный янки решил, что такая овца не сможет перепрыгнуть через низкое каменное ограждение фермы и, воспользовавшись случаем, специально вывел линию коротконогих овец.

3.14. Почему генные нарушения проявляются только у самцов?

Наследственная информация организма заключена в хромосомах его клеток. Хромосомы являются носителями расположенных в них (в линейном порядке) генов. Каждый вид организмов обладает уникальным и постоянным хромосомным набором. В соматических (неполовых) клетках высших растений и животных хромосома каждого типа представлена в двойном числе; клетку с двумя полными наборами хромосом называют диплоидной. Сперматозоиды и яйцеклетки, в которых каждая хромосома представлена лишь в единственном числе, называют гаплоидными клетками. Число хромосом в них вдвое меньше, чем в соматических клетках того же организма. При оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом два гаплоидных набора хромосом объединяются, и таким образом восстанавливается их диплоидное число. Около столетия назад один из основоположников генетики Томас Хант Морган (1866–1945) и его сотрудники изучали на дрозофилах механизм наследования пола. Им удалось обнаружить, что парные хромосомы самок идеально соответствуют друг другу, поэтому все их яйцеклетки, получая от каждой пары по хромосоме, идентичны. У самцов же в одной из четырех пар одна из хромосом была нормальной (Х-хромосома), а другая – укороченной (Y-хромосома). Это значит, что при образовании сперматозоидов половина из них получает Х-хромосому, а вторая половина – Y-хромосому. Если в одной из генов самки, расположенных в Х-хромосоме, происходит нарушение, парный ему ген исправляет ситуацию. У самцов это происходит далеко не всегда, так как парная Х-хромосоме Y-хромосома содержит гораздо меньше генов. Поэтому генные нарушения проявляются только у самцов.

3.15. В чьей клетке больше хромосом – человека или утки?

Для каждого организма характерно строго определенное число хромосом, содержащихся в каждой из составляющих его клеток. У плодовой мушки (дрозофилы) 8 хромосом, у сорго – 10, у садового гороха – 14, у кукурузы – 20, у жабы – 22, у томата – 24, у вишни – 32, у крысы – 42, у человека – 46, у картофеля – 48, у козы – 60, у утки – 80. Указанные цифры относятся к диплоидным клеткам (с двумя полными наборами хромосом). В гаплоидных клетках (с одним полным набором хромосом) количество хромосом у каждого из указанных организмов в два раза меньше. Таким образом, по количеству хромосом в клетке своего организма утка значительно превосходит человека – приблизительно на 74 процента.

3.16. Насколько геном человека отличается от генома шимпанзе?

Геномом называют совокупность генов, содержащихся в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом данного организма. Геном является характеристикой не отдельной особи, а вида организмов. В феврале 2001 года в американских журналах «Nature» и «Science» была опубликована расшифровка генома человека. Он поразил всех своей «бедностью»: у мыши и человека оказалось чуть больше генов, чем у риса (35 и 25 тысяч соответственно). Двести генов человек «делит» с кишечной палочкой. У человека по генам больше сходства с дрозофилой, нежели с почвенным червяком – излюбленными объектами генетиков. Человек на 90 процентов совпадает по генам с мышью и чуть более чем на 1 процент отличается от шимпанзе. От последних человека отделяет потеря нескольких важных генов, обеспечивающих иммунную защиту от бактериальных и вирусных инфекций, а также от паразитов. Зато отсутствие этих генов сняло ограничения на развитие мозга.

3.17. Что изучает гистология?

Гистология – это наука о тканях многоклеточных животных и человека. Она изучает эволюцию тканей, развитие их в организме, строение и функции тканей, взаимодействие клеток в пределах одной ткани и между клетками разных тканей.

3.18. Из какого количества клеток состоит человеческое тело и как быстро они обновляются?

Количество клеток в организме человека – около 100 триллионов. Самые короткоживущие (1–2 дня) из них – клетки кишечного эпителия. Ежедневно погибает около 70 миллиардов этих клеток. Примером других короткоживущих клеток являются эритроциты – их ежедневно погибает около 2 миллиардов. Однако есть и такие клетки (например, нейроны, клетки волокон скелетных мышц), продолжительность жизни которых соответствует жизни организма. Во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ и структур.

3.19. Чем автохтоны отличаются от аллохтонов?

Автохтонами называют организмы, которые возникли в процессе эволюции в данной местности и живут в ней в настоящее время (аборигены). Так, утконос и эвкалипт – автохтоны Австралии, а дикий картофель, муравьеды и ленивцы – автохтоны Южной Америки. Аллохтоны – это организмы, появившиеся в данной флоре или фауне в результате расселения, миграции. Например, опоссум (сумчатая крыса) и несколько видов колибри – аллохтоны Северной Америки, проникшие из Южной Америки.

3.20. Что изучает тератология?

Наука тератология (от греч. teratos – чудовище, урод) изучает уродства и аномалии развития у растений, животных и человека. Научному истолкованию уродств животных и человека способствовало создание в ряде стран тератологических коллекций, что давало возможность сопоставить различные уродства и разработать их классификацию. Одну из первых подобных коллекций собрал в конце XVII века голландский анатом Фредерик Рейс. Петр I во время пребывания в Голландии (1697–1698) ознакомился с этой коллекцией и в 1717 году приобрел, поместив в Кунсткамеру в Петербурге. В 1704 году Петр издал указ, запрещавший убивать уродов и предписывавший сообщать о них в Монастырскую канцелярию. В 1718 году последовал указ, обязывающий доставлять всех обнаруженных живых или мертвых уродов (людей и животных) в Кунсткамеру, что привело к быстрому пополнению открытой для обозрения тератологической коллекции.

3.21. Что изучает фенология?

Фенология – это система знаний о сезонных явлениях природы, сроках их наступления и причинах, определяющих эти сроки. Фенология регистрирует и изучает сезонные явления в мире растений и животных, а также даты установления и схода снежного покрова, первых и последних заморозков, ледостава и размерзания водоемов и т. п. Как у растений, так и у животных регистрируются сезонные фазы развития. У растений: набухание и раскрывание почек, облиствение, цветение (начало и конец), созревание плодов и семян, осеннее расцвечивание листвы, листопад. У млекопитающих: пробуждение от спячки, начало спаривания (гона), появление молоди, сезонные линьки и миграции. У птиц: гнездование, откладка яиц, вылупливание и вылет птенцов, а у перелетных – также весенний и осенний перелеты. У членистоногих: пробуждение зимовавших особей, вылупление личинок, появление взрослых насекомых из куколок, яйцекладка, развитие личинок, куколок, появление новых поколений, диапаузы и т. п. Начало наблюдений над сезонными явлениями в связи с собирательством, охотой и примитивным сельским хозяйством восходит к глубокой древности. Становление современной научной фенологии относится к XVIII веку. Петр I, заботясь о выборе мест для паркового строительства в окрестностях Петербурга, в 1721 году писал А. Д. Меншикову: «Когда деревья станут раскидываться, тогда велите присылать нам листочки оных понедельно, наклеивши на бумагу с надписанием чисел, дабы узнать, где ранее началась весна». В 1734 году французский ученый Рене Антуан Реомюр приступил к изучению зависимости сезонного развития хлебов и насекомых от уровня температуры. В 1748 году Карл Линней начал фенологические наблюдения в Упсальском ботаническом саду и в 1750 году организовал первую сеть наблюдательных пунктов. К середине XIX века фенологическими наблюдениями были охвачены все крупные страны Западной Европы и Россия.

3.22. Что изучает хорология?

Хорологией называется раздел биогеографии, изучающий закономерности пространственного размещения организмов и их сообществ. Фитохорология, или хорология растений, изучает географическое размещение видов и других таксонов растений; зоохорология – то же самое о животных. Иногда хорологию называют также ареалогией.

3.23. Что изучает хронобиология?

Хронобиологию называют также биоритмологией, поскольку она изучает условия возникновения, природу, закономерности и значение биологических ритмов. Биоритмы широко распространены в живой природе. Они генерируются самим организмом и зависят от ритмических изменений во внешней среде (фото-, термо-, баро-периодичность, колебания электромагнитного поля Земли и др.). Взаимодействие биоритмов друг с другом и с периодически изменяющимися условиями среды формирует временную организацию биологических систем, лежит в основе адаптации организмов и обеспечивает единство живой и неживой природы. Биоритмы независимо от длины периода и частоты их колебаний (суточные, лунные, сезонные, годичные и др.) отражают процессы регуляции функций организмов. Идеи о ритмичном характере процессов в природе и в организме человека выдвигались в античный период (Гераклит, Платон, Аристотель и др.), в Средние века и эпоху Возрождения (Френсис Бэкон, Тихо Браге, Иоганн Кеплер и др.). Первое научное наблюдение биоритмов сделал французский астроном Ж. Ж. де Меран (1729), обнаружив суточную периодичность движения листьев у растений. Это явление затем изучали Чарлз Дарвин (1880) и ряд ботаников XIX века. Еще в XVIII веке Карл Линней предложил «цветочные часы», основанные на способности цветков различных растений открываться и закрываться в определенное время дня. В XIX веке биоритмы зарегистрированы также у животных и человека. В 1920 году американские ученые У. У. Гарнер и Х. А. Аллард открыли у растений фотопериодизм. Это реакция на суточный ритм лучистой энергии, то есть на соотношение светлого и темного периодов суток. Позже было установлено, что механизмы фотопериодизма тесно связаны с биоритмами. Установление закономерностей временного течения биологических процессов способствует прогрессу в других областях знания о живой природе и имеет большое практическое значение. Например, учение о фотопериодизме важно для сельского хозяйства, медицина использует данные хронобиологии при диагностике и лечении некоторых заболеваний. К наиболее актуальным проблемам хронобиологии относятся: изучение природы и механизма различных биоритмов, влияние на них внешних факторов, значение биоритмов в приспособлении организма к окружающей среде, роль биоритмов в трудовой деятельности человека и в развитии заболеваний.

3.24. Что изучает бионика?

Бионика изучает особенности строения и жизнедеятельности биологических организмов с целью создания новых и совершенствования существующих технических устройств и систем. Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи. Так, он пытался построить орнитоптер – летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц. Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмахдля создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п. Для решения задач бионики изучаются способы переработки информации в нервной системе, особенности строения и функционирования органов чувств, исследуются принципы навигации, ориентации и локации, используемые животными, биоэнергетические процессы с высоким коэффициентом полезного действия и т. д.

3.25. Что такое биополе?

Термин «биополе» используется в парапсихологии для обозначения испускаемого каким-либо организмом излучения или сияния (ауры), невидимого в обычных условиях. К этому термину прибегают также для объяснения метода бесконтактного массажа, применяемого мануальными терапевтами. Научными методами биополе пока не обнаружено.

3.26. Что такое анабиоз?

Анабиозом называют состояние организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) временно прекращены или настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз наблюдается при резком ухудшении некоторых условий существования (в том числе при низкой температуре и отсутствии влаги). При последующем наступлении благоприятных условий происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов – оживление. Таким образом, анабиоз – это биологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям, выработанное в процессе эволюции. Такое состояние наблюдается у разных организмов, стоящих на разных ступенях развития. В состоянии анабиоза находятся вирусные частицы (вирионы) вне бактериальных, растительных или животных клеток (вироспоры), хорошо перенося при этом охлаждение, высушивание и другие неблагоприятные воздействия. Широко распространен анабиоз и среди микроорганизмов. Наиболее стойки к высушиванию, охлаждению, нагреванию спорообразующие бактерии и микроскопические грибы. Споры сибиреязвенной палочки долгие годы не теряют жизнеспособности ни в сухой почве пустынь, ни в замерзшей почве арктической тундры. У многих организмов угнетение жизнедеятельности и ее почти полная остановка вошли в нормальный цикл развития (семена, споры, цисты). Типичным примером анабиоза при высушивании служит так называемая скрытая жизнь семян многих растений, которые могут в сухом состоянии сохранять всхожесть 50 лет и долее. Анабиоз у животных открыл Антони ван Левенгук в 1701 году. Беспозвоночные (гидры, черви, усоногие раки, водные и наземные моллюски, некоторые насекомые) и позвоночные (земноводные и пресмыкающиеся), впадая в анабиоз, могут терять 1/2 и даже 3/4 заключенной в их тканях воды. С анабиозом при замерзании имеет много общего зимняя спячка млекопитающих, а с анабиозом при обезвоживании – их летняя спячка. Явлением анабиоза при высушивании и охлаждении пользуются для изготовления сухих живых вакцин, для длительного сохранения культур бактерий, вирусов и клеток опухолей, для консервирования различных тканей и органов (кровь, хрящ, кость, сосуды и др.), необходимых для пересадки. Явление анабиоза приобретает особый интерес в связи с успехами в области хирургического вмешательства на сердце, легких, мозге, что зачастую требует охлаждения организма оперируемого. Это явление связывают также с перспективами освоения космического пространства – анабиоз повышает сопротивляемость организмов воздействию факторов космического полета. Его связывают и с достижениями в искусственном осеменении сельскохозяйственных животных (использование спермы ценных производителей, сохраненной при низких температурах).

3.27. Как велика скорость нервного импульса?

Нервный импульс – это волна возбуждения, распространяющаяся по нервному волокну и проявляющаяся в электрических, ионных, механических, термических и других изменениях. Нервный импульс обеспечивает передачу информации от периферических рецепторных окончаний к нервным центрам внутри центральной нервной системы и от них к эффекторам (органам, осуществляющим ответные реакции организма на раздражители). Нервный импульс возникает по закону «всё или ничего», то есть не зависит от силы и качества раздражителя и способен скачкообразно распространяться по нервному волокну со скоростью от 0,2 до 180 метров в секунду. Длительность нервного импульса и скорость его проведения зависят от температуры, диаметра и строения нервного волокна. В естественных условиях, как в периферических отделах нервной системы, так и внутри центральных отделов, по нервным волокнам непрерывно бегут серии нервных импульсов. Частота этих ритмических разрядов зависит от силы вызвавшего их раздражителя. При умеренной двигательной активности в двигательных нервных волокнах частота разряда составляет 50—100 импульсов в секунду; в большинстве чувствительных волокон она достигает 200 импульсов в секунду. Некоторые нервные клетки (например, вставочные нейроны спинного мозга) разряжаются с частотой до 1000–1500 импульсов в секунду.

3.28. Откуда взят хранящийся в Париже «эталон плодородия» почвы?

В 1900 году русский естествоиспытатель В. В. Докучаев прислал на Всемирную выставку в Париж вырезанный из ковыльной степи под Воронежем куб (1 x 1 x 1 метр) чернозема. Воронежский чернозем стал одним из главных экспонатов выставки, получил золотую медаль и был признан «царем почв». Впоследствии его определили как эталон плодородия почвы и поместили в Международную палату мер и весов в Париже, где он хранится и в настоящее время. Содержание гумуса (комплекса высокомолекулярных органических веществ, содержащего основные элементы питания растений) в этой почве достигает 14–16 процентов.

3.29. Какая страна выделила самую большую часть своей территории под национальные парки и заповедники?

Для защиты своей природы и экосистем Республика Коста-Рика выделила под национальные парки и заповедники 21 процент своей территории (10 700 из 51 100 квадратных километров) – больше (по относительной величине), чем любая другая страна мира.

3.30. Что такое Красная книга?

Красной книгой называют обобщающие списки редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных. Эти списки содержат краткие документальные данные о биологии, распространении, причинах сокращения численности и исчезновения отдельных видов. Сбор информации для Красной книги начал Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) в 1949 году, а в 1966 году вышли первые тома «Красной книги фактов» («Red Data Book»). В 1979 году в соответствующие тома Красной книги было включено: млекопитающих – 321 вид и подвид, птиц – 485, земноводных – 41, пресмыкающихся – 141, рыб – 194. В ряде стран (Австралия, США, Швеция, Германия, Япония) созданы национальные Красные книги. В СССР Красная книга учреждена в 1974 году (к 1983 году в ней было: млекопитающих – 94 вида и подвида, птиц – 80, земноводных – 9, пресмыкающихся – 37, рыб – 9, насекомых – 219, ракообразных – 2, моллюсков – 19, червей – 11). В Красную книгу внесено высших сосудистых растений – 681 вид, моховидных – 32, лишайников – 29, грибов – 20 видов. С 1983 года постановлением Совета Министров СССР «О Красной книге СССР» добывание (или сбор) любого вида животных и растений, занесенных в эту книгу, а также разорение гнезд или изъятие яиц, сбор плодов и семян можно было производить лишь в исключительных случаях и только с разрешения Госагропрома СССР.

В Красную книгу России (1988, 2000) – государственный перечень редких и исчезающих видов животных и растений, находящихся под охраной по всей территории страны, – включено 440 видов цветковых растений (из которых 36 процентов на грани исчезновения), 11 – голосеменных, 10 – папоротниковых, 22 – моховидных, 29 – лишайников, 17 – грибов, а также 435 видов и подвидов животных (в том числе 74 – млекопитающих, 126 – птиц, 21 – пресмыкающихся, 8 – земноводных, 50 – рыб и круглоротых, 96 – насекомых, 15 – кольчатых червей, 3 – ракообразных, 42 – моллюсков).

3.31. Как много на Земле национальных парков, заповедников, заказников и других охраняемых природных территорий?

По данным на 2004 год, на Земле имеется более 100 тысяч национальных парков, заповедников, заказников и других охраняемых природных территорий. Общая их площадь – 18,8 миллиона квадратных километров, то есть 12 процентов всей земной суши. Много это или мало? С одной стороны, это больше, чем суммарная площадь Канады, США и Германии. А с другой стороны, как утверждают некоторые биологи, если бы все государства мира договорились увеличить общую площадь заповедников и заказников Земли всего на 2,6 процента, удалось бы спасти две трети из 700 видов организмов, обреченных в настоящее время на вымирание.

3.32. Как много в России особо охраняемых природных территорий?

В 2002 году в России насчитывалось: 100 государственных природных заповедников общей площадью 335 тысяч квадратных километров (42 из них расположены в европейской части страны, остальные – в азиатской), 35 национальных парков общей площадью 69 тысяч квадратных километров, 40 природных парков (в отличие от национальных, находятся в ведении субъектов РФ) и около 3000 природных заказников (57 из них федерального значения).

3.33. Сколько леса осталось на нашей планете?

Международный институт мировых ресурсов совместно со Всемирным центром природоохранного мониторинга предпринял в 1990-е годы широкое исследование. С помощью самых современных методик получена карта состояния лесного массива планеты за последние 8 тысяч лет. Оказалось, что за этот период под поля, пастбища, фермы, поселения была сведена почти половина некогда существовавших лесов. Из оставшихся лишь 22 процента состоят из естественных экосистем, остальные сильно изменены последствиями человеческой деятельности. Лучше всего сохранились так называемые бореальные леса – широкий пояс хвойных деревьев между арктической тундрой и лиственными лесами более теплой зоны умеренного климата. К ним относятся леса России, Скандинавии, Аляски и Канады. Они остались в неприкосновенности благодаря суровому климату, долгим зимам и скудным почвам в зоне их произрастания – все эти условия не слишком способствовали развитию сельского хозяйства. Кроме того, бореальные леса растут очень медленно, разбросаны на большой территории и не представляют особого интереса для лесозаготовок. Около 70 процентов сохранившихся на Земле неосвоенных лесов находятся на территории трех стран: России (26 процентов), Канады и Бразилии (44 процента совместно).

3.34. Кто такие убиквисты?

Термин «убиквисты» (от лат. ubique – повсюду, везде) обозначает виды животных и растений, способных нормально развиваться в самых разных условиях окружающей среды. Обладая очень широкой экологической амплитудой, убиквисты могут существовать почти при любых климатических условиях, разной солености воды, в несходных местах обитаниях. Например, тростник обыкновенный обитает в водоемах и на суше, нередко в местах с глубоко залегающими грунтовыми водами (даже при сильном их засолении), на глинистом и песчаном грунте, от тропиков до Арктики; сосна обыкновенная растет на болотах, известняках, песках и глинистых почвах; волк и лисица обыкновенная распространены в тундрах, лесах, степях, полупустынях, а иногда и в пустынях. Особенно многочисленны и хорошо выражены убиквисты в водной среде (например, многие водные простейшие, коловратки, десмидиевые и диатомовые водоросли).

3.35. Сколько земной поверхности нужно на удовлетворение всех потребностей одного человека?

«Жилплощадь» на Земле нужна каждому человеку не только для размещения своего бренного тела, но и для выращивания пищи, сырья для бумажной промышленности, для добычи полезных ископаемых, захоронения отходов и многого другого. По оценкам специалистов, в среднем на удовлетворение всех потребностей используется: для жителя США – 12,2 гектара поверхности Земли, для европейца – 6,3 гектара, для жителя Бурунди – всего 1,5 гектара.

3.36. Какую профессию считают в США самой престижной?

В ежегодно публикуемом в США «Справочнике рейтинга профессий» на первое место по престижности в 2002 году вышла специальность биолог, вытеснив финансового аналитика. При расчете рейтинга учитывают размер зарплаты, степень стресса на работе, степень независимости от начальства, спрос на рынке труда и опасность лишиться работы.

3.37. Почему сухой сахар никогда не плесневеет?

Плесени (пушистые или бархатистые налеты на пищевых продуктах, вызывающие их порчу) образуются особыми микроорганизмами – споро-ношениями так называемых плесневых грибов. Грибные нити пронизывают поверхностный слой продукта и, выделяя соответствующие ферменты, разрушают его. В нормальных условиях сахар имеет очень низкое содержание воды (около 0,02 процента) и в то же время способен очень быстро впитывать внешнюю влагу. Потому он обезвоживает (и тем самым убивает) попавшие на его поверхность микроорганизмы быстрее, чем они успевают проникнуть в него и образовать плесень. Низкое влагосодержание сахара препятствует также и химическим изменениям, которые могут вызвать его порчу. Если же сахар увлажнить (или достаточно долго выдержать в атмосфере высокой влажности), он очень скоро заплесневеет и испортится. Таким образом, чтобы обеспечить возможность длительного (практически неограниченно долгого) хранения сахара, следует просто держать его в герметичной (плотно закрытой) емкости и не подвергать резким перепадам температур.

3.38. Чему равен верхний предел температуры, при которой способны жить микроорганизмы?

Подавляющее большинство микроорганизмов погибает при нагреве до 50–70 градусов по Цельсию, при более высоких температурах способны жить лишь так называемые термофильные бактерии. В настоящее время известны (обнаружены у берегов Италии) такие бактерии, живущие при 113 градусах; на сегодня это абсолютный рекорд. Однако ученые предполагают, что естественный предел жизни – это 130–150 градусов (речь идет о микроорганизмах в активном состоянии; когда бактерии превращаются в споры, они выдерживают и больше).

3.39. Чем медная кухонная посуда лучше стальной?

Одно из главных преимуществ медной кухонной посуды над стальной обусловлено тем, что медь убивает микробов. Как утверждает Билл Кивил из Университета Саутгемптона (Англия), опыты показывают, что кишечная палочка выживает на нержавеющей стали 35 дней, а на меди – менее 14 часов.

3.40. Сколько всего вирусов?

Вирусами называют внеклеточные формы жизни, способные проникать в определенные живые клетки и размножаться только внутри них. Вирусы являются внутриклеточными паразитами на генетическом уровне. Впервые их (вирус табачной мозаики) открыл в 1892 году Д. И. Ивановский (1864–1920). В настоящее время науке известно около 4 тысяч видов вирусов, а общее их количество, по оценкам микробиологов, приблизительно 400 тысяч.

3.41. Где больше бактерий – в океане или в городской канализации?

По данным английского микробиолога Томаса Кертиса, миллилитр океанской воды содержит в среднем 160 видов бактерий, грамм почвы – от 6400 до 38 000 видов, а миллилитр сточных вод из городской канализации, как ни странно, – всего около 70 видов.

3.42. Когда и как впервые было применено бактериологическое оружие?

В 1347 году во время осады татарами генуэзского города Кафы (нынешней Феодосии) на юго-восточном побережье Крыма в лагере осаждающих возникла эпидемия чумы. Прежде чем снять осаду, татары впервые в истории применили то, что сегодня назвали бы бактериологическим оружием: с помощью метательных орудий они забросали крепость трупами умерших от чумы. Последствия оказались ужасающими. В том же году прибывший из Кафы в порт Мессина на Сицилии корабль занес «черную смерть» в Европу. К 1350 году жертвой эпидемии стал каждый третий из 35,5-миллионного населения тогдашней Центральной и Западной Европы.

3.43. За какую «зеленую революцию» получил Нобелевскую премию мира Норман Борлоуг?

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

БИОЛОГИЯ

Из книги Все по науке. Афоризмы автора Душенко Константин Васильевич

БИОЛОГИЯ Жизнь есть способ существования белковых тел. Фридрих Энгельс Жизнь – способ существования одних тел за счет выживания других. Борис Крутиер Мозг – это надежная биологическая система, построенная из ненадежных элементов. Джон фон Нойман То, что мы думаем,


Биология

Из книги Большая Советская Энциклопедия (БИ) автора БСЭ


Сельскохозяйственная биология

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора Кондрашов Анатолий Павлович


Биология и медицина

Из книги Все обо всем. Том 2 автора Ликум Аркадий

Биология и медицина Что такое панспермия? Происхождение жизни на Земле остается загадкой и предметом споров не одну сотню лет. Дело в том, что наша планета возникла приблизительно 4,5 миллиарда лет назад и в течение первых 500 миллионов лет ее поверхность подвергалась


Биология и медицина

Из книги Новейший справочник уникальных фактов в вопросах и ответах автора Кондрашов Анатолий Павлович

Биология и медицина Как распределена суммарная масса живого вещества на Земле между сушей и океаном?Общая масса живого вещества на континентах нашей планеты составляет около 2420 миллиардов тонн. Из них 2400 миллиардов тонн (99,2 процента) приходится на растения и всего лишь 20


Что такое биология?

Из книги 3333 каверзных вопроса и ответа автора Кондрашов Анатолий Павлович

Что такое биология? Нравится ли вам читать детективы или смотреть их по телевизору? Такими волнующими их делает то, что они постоянно держат вас в напряжении. Вы хотите узнать, кто совершил преступление, как он это сделал, зачем. Но окружающий нас мир тоже полон различных


БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА

Из книги Русские учёные и изобретатели автора Артемов Владислав Владимирович

БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА


Биология и медицина

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий Павлович

Биология и медицина Насколько геном человека отличается от генома шимпанзе? Геномом называют совокупность генов, содержащихся в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом данного организма. Геном является характеристикой не отдельной особи, а вида организмов. В феврале 2001


Биология

Из книги автора

Биология Системы человеческого организма ВыделительнаяГормональнаяДыхательнаяИммуннаяКровообращенияНервнаяОпорно-двигательная (скелетная,