Слово «биология» составлено из двух греческих слов. «Биос» означает жизнь, а «логос» – наука. Таким образом, биология – это наука о жизни. В задачу биологии входит изучение всех живых организмов и всех проявлений жизни.

Первобытные люди уже нескодько миллионов лет назад обладали некоторыми биологическими знаниями. В первую очередь их, конечно, интересовали съедобные растения и животные, а так же опасные организмы. Одни обеспечивали людей пищей, другие нередко угрожали их жизни, так как среди обычных растений и грибов встречается немало ядовитых. Не меньшую опасность представляли животные. Среди них было много крупных опасных хищников и мелких, но ядовитых созданий: змей, пауков, скорпионов и насекомых. Их нужно было не только знать «в лицо», но узнавать по голосу, запаху, по следам. Нужно было знать их повадки, места обитания и многое другое.

Не остались незамеченными и некоторые из тех организмов, от которых жизнь человека никак не зависела, но которые чем–то обращали на себя внимание. Как было не заслушаться поющим соловьем, не восхититься красивой бабочкой, ярким цветком или его неповторимым ароматом. Обо всем этом первобытные люди знали задолго до развития у них речи.

Что такое жизнь? Кто такие живые существа? Чем они отличаются от неживых объектов? На первый взгляд эти вопросы могут показаться пустяковыми. Однако попробуйте ответить на них, и вы увидите, что это совсем не просто. Во всяком случае, никто из ученых не смог дать такого определения слову «жизнь», которое бы удовлетворило всех остальных биологов.

Это, в общем–то, и неудивительно. На самом деле часто бывает так, что на самые, казалось бы, простые вопросы трудно дать исчерпывающий ответ. Ну, например, чем отличаются кошки от собак? Встретив на улице четвероногое существо, даже двухлетний малыш правильно назовет его «кисой» или «авой». Да что там человеческие дети! С этим справляются даже звери. Уошу, первый шимпанзенок, которого удалось научить жестовому языку глухонемых, увидев в журнале фотографию тигра, уверено прокомментировала: «Кошка»!

Совершенно очевидно, что никто из читателей этой книги кошку с собакой не спутает. Но придумайте, как объяснить инопланетянину, чем отличаются кошки от собак, чтобы он ни разу их не спутал, и вы поймете, как это трудно.

Жизнь настолько многообразна, что один человек, один ученый не может заниматься изучением всех ее сторон. Представители других наук в период их зарождения занимались ограниченным кругом вопросов. Например, астрономы изучали движение всех видимых простым глазом светил. Их на нашем небе не так уж много. Алхимики, хотя и делали интересные открытия в различных областях химии, но их исследования были направлены на поиски философского камня, иными словами, на превращение разных веществ б золото и на создание эликсира жизни, который должен был обеспечить им вечную молодость и бессмертие. Другое дело биология – здесь заниматься сразу всем просто невозможно.

Традиционно считается, что биология делится на зоологию и ботанику. Хотя такие науки действительно существуют, но сегодня они далеко не охватывают все разделы биологии. Лет 200–300 назад биология стала дробиться на отдельные дисциплины. Из зоологии выделились: орнитология – наука, изучающая птиц, ихтиология – наука о рыбах, герпетология – наука о пресмыкающихся, энтомология, изучающая насекомых. Это дробление зоологии продолжается и до наших дней. Сегодня редкий ученый занимается изучением целого класса животных. Чаще его интересы ограничиваются изучением какого–то отряда, семейства или даже еще более мелкой группы животных. Сходные процессы происходят и с ботаниками.

Чаще всего естественный процесс накопления знаний в конце концов приводит к развитию новой науки, но нередко сама жизнь толкает ученых на ее создание. Приведу лишь один пример рождения такой науки. Толчок к ее возникновению дала Вторая мировая война.

Крупнейший корабль британского флота линкор «Роял–Ок» был потоплен немецкой субмариной не где–нибудь, а в собственном «доме», в святая святых британского флота – в главной военно–морской базе Скапафлоу.

База эта находится на Оркнейских островах у северного побережья Шотландии. Осуществить дерзкую операцию помогли немецкие акустики. Осторожно подобравшись ко входу в гавань, лодка дождалась английского транспортного судна, возвращающегося на базу. Внимательно вслушиваясь в шум его машин и повторяя все маневры транспорта, подводная лодка пробралась в гавань и, выпустив торпеды, ушла в море, воспользовавшись растерянностью англичан.

Сегодня учеными описано около 2 миллионов видов животных и около 400 тысяч видов растений. Чтобы можно было ориентироваться в этом множестве живых организмов, ученые старались как–то объединить их в естественные группы похожих или родственных организмов, то есть животных, имеющих родственное происхождение.

Древнегреческий ученый Аристотель (384–322 до н.э.) был первым, кто разработал теорию развития природы, отразив в ней постепенный переход от неживых неорганических тел к живым организмам и дальнейшее развитие этих организмов. Он считал, что в основе этого процесса лежит таинственное внутреннее побуждение, якобы изначально присущее всем живым существам, их стремление добиваться более сложной и более совершенной организации, то есть «стремление природы к изменению от простого и несовершенного к сложному и совершенному». Этот подробный рассказ о развитии природы, о том, как живые организмы изменяясь, «поднимались вверх», он назвал «лестницей природы» и на ее верхнюю ступеньку поставил человека.

В 1749 году 42–летний Жорж Луи Леклер граф де Бюффон, интендант Королевского ботанического сада и автор множества научных трудов начал публикацию главного труда своей жизни – «Естественной истории», законченной им лишь через 39 лет, незадолго до смерти. «Естественная история, всеобщая и частная», состоит из 36 томов. В ней описаны все известные к тому времени птицы и млекопитающие.

В этом огромном научном труде Бюффон выдвинул смелую гипотезу о происхождении всех организмов из так называемых органических молекул и привел обоснованную «лестницу существ», на которой расположил организмы от более примитивных к высокоразвитым. Он исходил из того, что все существа имеют единый план строения тела и в качестве весомого доказательства сравнил два организма, внешне очень далекие друг от друга, – человека и лошадь.

Идея единого плана строения родилась у ученых естественным путем. Ведь даже маленький ребенок уверенно покажет голову и у тюленя, и у собаки и так же уверенно найдет, где находятся у рыбки, птички и котика и, конечно, у папы глазки, а язык будет искать у них во рту. Ну а взрослым к тому времени было известно, что печень нужно искать в брюшной полости, сердце в груди, а мозг в голове, и хотя мозг коровы и мозг рыбы совсем не похожи друг на друга, то, что это мозг, ни у кого не вызывало сомнений.

В 1735 году в голландском городе Лейдене вышло первое издание небольшой книжки «Система природы» молодого шведского ботаника Карла Линнея, уже успевшего стать доктором медицины. Рукопись содержала всего 14 страниц, правда огромного формата, на которых в виде таблиц было дано краткое описание минералов, растений и животных. Это была четкая классификация трех царств природы, которые были известны современникам Линнея.

В те годы ботаники уже знали тысячи растений. Но как в них разобраться, никто из них сказать не мог. «Система природы» стала для ботанической науки своеобразным путеводителем. До нее масса растительных объектов представляла собой хаос. Для того чтобы разобраться в этом растительном хаосе, были нужны точные признаки, которые позволяли бы разделять растения на группы. В качестве основного признака Линней избрал строение цветка, точнее его тычинок и пестиков. Пользуясь этими признаками, он разделил растительное царство по количеству тычинок на 24 класса: одно–, двух–, трехтычинковые и так далее до двадцати– и многотычинковых, имевших больше 20 тычинок. Дальше деление шло по признаку длины тычинок, их срастания и по полу цветка. В 24–й класс попали папоротники, мхи, водоросли, грибы, то есть растения, не имеющие ясно различимых органов размножения. За это их называли тайнобрачными. Правда, к этому классу Линней отнес и инжир, поскольку на тот момент ученые еще не разобрались, где у него цветки. Теперь мы знаем, что инжир относится к цветковым растениям.

Русский язык очень метафоричный. Мало того, что многие слова русского языка имеют несколько значений, мы нередко употребляем их в переносном смысле. Например, слово «вид» мы используем говоря, о внешности человека (Посмотри, какой у тебя вид!), обсуждая то, что видим вокруг себя (вид из окон), или то, что «видим» воображением (Каков вид на урожай картофеля в этом году?). Но кроме этих обиходных значений, у слова «вид» есть и значение важнейшего научного биологического термина.

Читая эту книгу, вы, вероятно, уже обратили внимание на выражение: «виды организмов». Дело в том, что к концу XVII века у ученых накопились сведения о большом количестве растений и животных. В них нужно было как–то разобраться. Все слоны, живущие в Африке, похожи друг на друга, как родные братья и сестры, но несколько отличаются от слонов, живущих в Индии и Юго–Восточной Азии, то же можно сказать о зайцах. Те из них, что живут под Петербургом и севернее его, отличаются от зайцев, обитающих под Воронежем, и тем более от зайцев, которые водятся южнее, в среднеазиатских степях, а также от африканских и североамериканских зайчишек. Как же их описывать, всех оптом или в виде лестницы живых существ? «Лестница» ученых уже не удовлетворяла.

До того, как Карл Линней ввел в качестве единого языка для научных названий латынь, из–за незнания иностранных языков или из–за неумения понимать метафоричные названия постоянно возникала путаница. Часто не было никакой возможности выяснить, о каком животном идет речь. В Западной Европе были широко известны «утиные деревья». Английский ботаник Д. Джерард поместил их описание в своей книге «Травник», составив его, скорее всего, на основании рисунка неизвестного автора, сделанного задолго до выхода «Травника» в свет. Этот рисунок Джерард привел и в своей книге. Видимо, оттуда его заимствовали другие ботаники и также помещали в своих трудах.

Джерард утверждал, что в плодах этого, судя по всему, водного, растения зарождаются дикие утки и, созревая, вываливаются из скорлупок плода прямо в воду. В «Травнике* указывалось, что «утиные деревья» растут в Северной Шотландии и на Оркнейских островах, лежащих у берегов Англии.

Безусловно, Джерард не мог видеть это растение, так как ничего подобного на свете нe существует, хотя и утверждал, что ему довелось наблюдать, как из плодов этого дерев?., похожих на раковины морских моллюсков, «вылуплялись» утята.

Как возникают легенды о фантастических, неправдоподобных животных?

У китайцев, бирманцев, индусов и у других азиатских народов до сих пор бытуют легенды о «золотых муравьях», которые якобы добывают из земли золото.

Европейцы к этим легендам относились скептически не только потому, что не могли представить себе муравьев в роли золотодобытчиков. В легендах говорилось, что размером они превосходили кошку, но были меньше собаки, а их тело покрывала шёрстка. Поверить в существование муравьев такого размера, да к тому же еще и волосатых, зоологам было трудно.

С другой стороны, известно, что когда Александр Македонский покорил Персию и отправился в поход на Индию, его всё время одолевало желание покорить заодно и страну дардов, богатую золотом, где жили эти загадочные муравьи. Александр не повел свое войско в эту горную страну, но вовсе не потому, что не верил в существование муравьев–золотодобытчиков. Это–то не вызывало у него сомнений: Александру рассказывали, что в этой бедной стране полно золота, не представлявшего для местного населения особенной ценности. По рассказам «очевидцев», в стране дардов самые бедные люди ели на золотой посуде, а ручки на дверях самых убогих хижин были сделаны из чистого золота. О том, что сбрую лошадей и ослов щедро отделывали золотыми украшениями, и говорить нечего.

Большинство россиян считают, что всякие чудовища и монстры, если и попадаются людям на глаза, то где–нибудь в тропиках или в недоступных горах. Однако фантастические монстры появлялись и у нас, причем в не столь уж отдаленные времена.

В начале XVI века вышла в свет книга немецкого путешественника 3. Герберштейна «Записки о московитских делах». Он писал: «Между реками Волгой и Яиком (теперь река Урал) ...есть некое семя, в общем очень похожее на семя дыни, только немного крупнее и круглее; если его зарыть в землю, то из него вырастает нечто, очень похожее на ягненка, в пять пядей вышиной, оно называется на их языке баранец, что значит ягненочек, ибо оно имеет голову, глаза, уши и все прочее в виде недавно родившегося ягненка и, кроме того, снабжено тончайшей шкуркой».

О баранце писали и другие путешественники, посетившие Россию в XVI и XVII веках. Ученые не могли решить, чем является баранец, ягненочек или агнец скифский, как его позже стали называть: растением или животным, и назвали его зоофитом, то есть животно–растительным организмом.

Есть ли на нашей планете животные, еще не известные науке? Люди, далекие от биологических проблем, обычно дают на этот вопрос отрицательный ответ. Иногда, правда, спрошенные добавляют, что где–нибудь в дебрях Африки или в непролазных джунглях по берегам Амазонки еще могут скрываться от людских глаз какие–нибудь неизвестные существа, но и к такой возможности относятся с большой долей сомнения. И, конечно, ошибаются. Зоологи отлично знают, что вокруг нас живет еще уйма никому не ведомых организмов.

Если в самый крохотный пруд, находящийся где–нибудь в парке в центре большого города, опустить сачок, то, скорее всего, в него попадет какая–нибудь водяная улитка. Моллюски – самые обычные обитатели любых пресных водоемов. Казалось бы, ученые должны знать о них всё: какие виды моллюсков обитают на Земле, в каких водоемах они живут и сколько их там, – ведь улитки такие медлительные и их так легко ловить. А интерес к ним не праздный. Многие виды моллюсков – отличный корм для рыб и других животных, другие являются промежуточными хозяевами различных паразитических червей и заражают глистами теплокровных животных. Однако и эти обычные вездесущие моллюски подчас способны удивлять ученых.

В конце XVII века английский естествоиспытатель Роберт Гук рассматривал с помощью своего весьма несовершенного микроскопа кусочек обычной бутылочной пробки и увидел, что ее поверхность имеет ячеистое строение. То, что он увидел и зарисовал, больше всего напоминало пчелиные соты. Гук назвал крохотные ячейки пробки клетками.

Кстати, знаете ли вы, что такое пробка, из чего она сделана? Натуральную пробку получают из коры растущих на юге Европы пробковых дубов.

Обычно говорят, что Гук открыл клетки растений. Однако точнее было бы сказать, он увидел всего лишь мертвые стенки клеток. Как мы сегодня знаем, клеточные стенки у растений состоят из толстого слоя целлюлозы и других веществ, и очень прочные. Живые растительные клетки, как и клетки животных, удалось увидеть лишь 100 лет спустя.

Каждая клетка является обособленной самостоятельной единицей. Это значит, что клетки заботятся о себе сами, самостоятельно извлекает из крови кислород, воду, питательные и неорганические вещества, витамины, сами производят «ремонтные и строительные» работы, запасают впрок необходимые им вещества и сами извлекают из них энергию. Большинство клеток всё это делает самостоятельно, иногда использует соседей–помощников, но эти помощники опять же являются не чем иным, как клетками.

Несмотря на значительные различия в размере, форме и функции, все клетки растений и животных построены по единому плану. Каждая из них имеет оболочку, или мембрану, являющуюся границей клеточного государства. Внутри мембраны находится прозрачная вязкая жидкость, имеющая у некоторых клеток желто–зеленый или красноватый цвет. Эта жидкость называется цитоплазмой («цитос» по–гречески сосуд, но в биологии это слово используется в значении «клетка»).

Третьим обязательным компонентом клетки является наследственная информация – описание строения всех белковых молекул организма. Фактически она является полным описанием устройства всего организма и особенностей протекания всех предусмотренных в нем процессов. В клетках тела человека, животных, растений и грибов наследственная информация хранится в клеточном ядре, шаровидном или овальном теле, чаще всего находящемся в ее центре. Только у бактерий оформленного ядра нет, но наследственной информацией обладают и их клетки.

Ядро – одна из самых крупных органелл клетки, отделенная от цитоплазмы двойной оболочкой. В этой оболочке существуют поры, через которые в ядро или из ядра проходят достаточно крупные молекулы разных веществ. В одних клетках ядро всегда занимает строго определенное место, как, например, у человека голова. В других клетках ядро способно перемещаться и может оказаться в любом месте.

Ядро – важнейшая органелла клетки, ее командный пункт. Оно запускает, регулирует и прекращает все протекающие в клетке процессы. Но этим роль ядра не исчерпывается. В полужидком веществе ядра находятся хромосомы – очень важные элементы клетки, состоящие из ДНК – дезоксирибонуклеиновой кислоты, – и белков. Фрагменты этих длинных молекул являются генами, носителями наследственных признаков организма. Подробнее о ДНК вы можете прочитать в главе «Наследники и наследственность».

Электронный микроскоп выявил в клетках животных множество разных органелл. Как вы понимаете, увидеть их было трудно, но понять, зачем они, какую функцию выполняют, оказалось еще труднее.

Если клетку рассматривать как некий «завод», разделенный на множество цехов, то совершенно ясно, что «рабочих» этих цехов нужно где–то и чем–то кормить. Значит, в клетке должна быть «столовая». И такая «столовая» нашлась, да не одна, а множество. Их назвали лизосомами, что в переводе означает «растворяющие тельца». Ими снабжены клетки животных и грибов.

Лизосомы – это мембранные мешочки разной формы, в которых хранится раствор пищеварительных ферментов – своего рода клеточный пищеварительный сок. В лизосомах перевариваются пищевые частицы, превращаясь в те вещества, которые клетка может использовать для построения новых органелл или для получения энергии.

Лизосомы надежно изолированы от цитоплазмы плазматической мембраной, ведь иначе ферменты, заключенные в них, просто–напросто переварили бы саму клетку.

Откуда клетки черпают пищевые вещества, строительные материалы и энергоносители? Клетки человека и животных извлекают их из крови, ведь в их организме есть пищеварительные органы, в которых переваривается пища и готовятся нужные клеткам питательные вещества.

В этом разделе сайта "Школьный ориентир" мы в основном рассказываем о биологических процессах, протекающих в организме животных и человека. Давайте заглянем и в растительную клетку. Вы, наверное, уже знаете, что эти клетки необходимые им питательные материалы умеют синтезировать самостоятельно.

Чтобы клетка могла расти и делиться, выполнять специальные функции и даже просто поддерживать свое существование, она должна всё время расходовать энергию. Для растительных клеток первоисточником этой энергии служит солнечный свет. В клетках зеленых растений осуществляется фотосинтез, то есть процесс поглощения световой энергии и превращения ее в химическую энергию, то есть в энергию химических связей молекул синтезируемых углеводов. В качестве такого вещества синтезируется простейший сахар – глюкоза.

Жизнь любой клетки зависит от наличия различных веществ. Они непрерывно создаются из продуктов переваривания пищи, подготовленных лизосомами. Не только у молодого растущего организма, но и у взрослых существ некоторые клетки тела продолжают размножаться, то есть делиться и расти, увеличиваясь в размерах и увеличивая до необходимого уровня число разных органелл. Такие клетки должны энергично синтезировать строительные материалы. Обычно в качестве примера приводят кроветворные клетки красного костного мозга. Процессы, связанные с их размножением и ростом, изучены особенно хорошо. Но и клетки, прекратившие размножаться, продолжают интенсивно создавать одни вещества и разрушать другие. Часто именно в этом и состоит их функций – например, клетки желёз в огромных количествах производят гормоны, ферменты, молоко и т.д.

Осуществление синтеза большинства необходимых клетке веществ, происходит во внутриклеточной эндоплазматической сети (ЭПС). В клетках разного типа и у разных животных эта сеть выглядит по–своему. Вероятно, она образуется из впячиваний клеточной мембраны, которые ветвятся и в виде микроскопических трубочек пронизывают в разных направлениях всю цитоплазму. Они отходят от поверхности клеточного ядра и направляются в различные участки клетки.

Эту органеллу открыл итальянский ученый Камилло Гольджи, в честь него она и получила свое название. Аппарат Гольджи состоит из стопок плоских, изолированных друг от друга мешочков и участвует в транспорте молекул внутри клетки и за ее пределами. Частично это происходит с помощью транспортных пузырьков. Они отделяются от эндоплазматической сети и вливаются в мешочек, находящийся у основания стопки. Здесь вещества сортируются, и формируется определенный, нужный на данный момент, состав веществ внутри мешочка.

Позже эти молекулы перемещаются во второй, третий и так далее мешочки стопки. При этом они достраиваются и дорабатываются, сортируются и «упаковываются» в новые пузырьки. В конце концов от aппарата Гольджи отделяются лизосомы или другие мембранные пузырьки – содержимое их может быть различным. Вещества, предназначенные для использования вне клетки, транспортируются в этом пузырьке к клеточной мембране и выбрасываются из клетки. Происходит это очень просто – пузырек сливается с мембраной, его мембрана становится частью мембраны клетки, а содержимое остается «за бортом».

Так из клетки выводятся образованные ею молекулы гормонов, капельки молока, слизи, межклеточное вещество кости, хряща и зубная эмаль, вырабатываемые клетками соответствующих тканей.

Все живые клетки (кроме бактерий) содержат очень важные органеллы – митохондрии, которые можно образно назвать «энергетическими станциями» клетки. Их может быть совсем немного, всего несколько штук, но существуют клетки, которые содержат свыше 1000 митохондрий. Эти миниатюрные тельца имеют различную форму – от шариков до нитей и палочек. Как и хлоропласты, митохондрии покрыты двойной мембраной. Наружная мембрана митохондрий гладкая, а внутренняя имеет множество складок, разделяющих полость митохондрий неполными перегородками. Эти складки во много раз увеличивают поверхность мембраны, ведь именно на ней «сидят» ферменты, осуществляющие важнейшие химические реакции. Помните, в хлоропластах ферменты также располагались на внутренней мембране, упакованной для увеличения поверхности в стопки мешочков – граны?

А вот функция митохондрий, по строению похожих на хлоропласты, прямо противоположная. Если хлоропласты синтезируют органические вещества из углекислого газа и воды, затрачивая энергию (света) и выделяя кислород, то митохондрии, наоборот, «сжигают» органические вещества, то есть фактически осуществляют обратную реакцию: тратят кислород, выделяют углекислый газ и воду и – самое главное – получают энергию.

Полученная в результате окисления энергия запасается в молекулах особого вещества, которое сокращенно называется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Это вещество можно назвать стандартной «батарейкой», от которой могут работать все «приборы», все органеллы клетки.

Химерой древние греки называли мифическое чудовище с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом дракона. Биологи называют химерами любые организмы или клетки, составленные из частей разных организмов. Обычно химерные организмы получают в лаборатории для различных генетических экспериментов, но оказалось, что химерами являются клетки абсолютно всех ядерных организмов – растений, животных и грибов!
Началось это удивительнейшее открытие XX века с обнаружения в митохондриях и хлоропластах, очень похожих друг на друга органеллах, кольцевой ДНК. Кроме того, митохондрии и хлоропласты, как выяснилось, размножаются делением и при этом их ДНК, как и положено при делении, удваивается. Это было и само по себе удивительно – зачем отдельным органеллам своя генетическая информация? Но еще удивительнее было то, что кольцевая ДНК свойственна безъядерным клеткам бактерий, а у ядерных организмов ДНК всегда линейная. Мало того, белки, поддерживающие структуру ДНК, в митохондриях и хлоропластах оказались аналогичные именно бактериальным, а не животным или растительным белкам. У ученых не осталось сомнений – в органеллах клеток ядерных организмов содержится бактериальная ДНК! Как она туда попала?

Организм – не простое скопление клеток, расположенных в случайном порядке. Поэтому совершенно очевидно, что развитие любого существа не может состоять в простом увеличении числа входящих в него клеток.

Развитие включает в себя целый ряд процессов. В первую очередь – развитие самих клеток, их дифференциацию и специализацию. По мере развития клетки становятся «специалистами», способными выполнять конкретную работу, но плохо или вовсе не выполняющими другие функции. В организме человека встречается примерно 200 типов клеток, и, значит, по меньшей мере, две сотни клеточных «профессий».

Кроме того, специализированным клеткам следует определенным образом расположиться друг относительно друга, занять «предназначенные» им места и образовать ткани, а из тканей – органы. Затем необходимо создать систему управления этими органами. Только после этого организм может считаться самостоятельным. Однако на этом развитие не заканчивается. Организм растет, приспосабливается к окружающей среде, набирается сил и готовится приступить к размножению. Практически у всех растений и животных можно выделить периоды детства, молодости, зрелости и старости. Да, старение – это тоже развитие. Так что развитие фактически продолжается всю жизнь организма и заканчивается, увы, смертью.

Развитие многоклеточных организмов начинается с оплодотворения яйцеклетки. Оплодотворенную яйцеклетку принято называть зиготой, подчеркивая употреблением нового слова, что это уже не отдельная клетка материнского организма, а новая особь, пусть пока еще маленькая и беззащитная.

Для развития оплодотворенных яйцеклеток – зигот – необходимо тепло. Большинство животных, особенно низкоорганизованных, полагаются в этом деле на природное тепло. Рептилии, например, как правило, закапывают яйца в теплый песок, где они благополучно развиваются. Но более высокоорганизованные существа не бросают яйца на произвол судьбы, а проявляют удивительную заботливость.

Птицы чаще всего используют тепло собственного тела, насиживая яйца. Однако перья – плохой проводник тепла. Одна из самых важных функций перьев – как раз уменьшение теплопотерь. Но, защищая тело птицы от охлаждения, перья также и не дают ей возможности отдать свое тепло развивающимся зародышам. Пернатые нашли выход из этого противоречия.

Сорные куры совсем освободились от скучной обязанности насиживания яиц. Те из них, что живут на вулканических островах, греют яйца у этой естественной «печки». Они находят места, где из глубин Земли выделяется тепло, и самки откладывают туда яйца, оставляя их затем под присмотром самца, который следит за тем, чтобы развивающиеся эмбрионы не перегрелись. Сорные куры острова Сулавеси, живущие вдали от вулканов, на время размножения переселяются поближе к побережьям, где самки откладывают яйца в черный песок пляжей, который хорошо прогревается. Аналогичным образом поступает египетский бегунок, больше известный как крокодиловый сторож. Самки этих птиц откладывают яйца в песок на берегах Нила, закапывая их на глубину 10 см. За яйцами приглядывают самцы. Когда возникает опасность перегрева, они смачивают песок над кладкой своими мокрыми перьями, для чего регулярно бегают купаться.

Самцы других видов сорных кур сооружают для яиц инкубаторы. Они представляют собой огромные кучи лесного мусора до 15 метров в диаметре и высотой до 1,5 метра. Такую кучу листьев и прелой травы самец сгребает самостоятельно. В ней поселяются сонмища бактерий, вызывающих гниение, и согревают яйца, закопанные в эту кучу.

Про человеческий коллектив, в котором постоянно происходят ссоры, говорят, что это «клубок змей». Оказывается, настоящие змеи действительно иногда могут свиваться в большие клубки. Раньше случалось находить 50, 100 и больше змей, переплетенных друг с другом. Никто не знал, с какой целью они это делают, но совершенно очевидно, что не вражда друг к другу, не желание нанести вред своим соплеменникам толкает их на это. Оказавшиеся в клубке змеи ведут себя по отношению друг к другу вполне доброжелательно.

Клубок змей – явление настолько необычное и редкое, что далеко не всем специалистам по змеям случалось наблюдать это явление. Неудивительно, что в конце XIX – начале XX столетия, когда о встрече со свившимися в клубок змеями иногда появлялись сообщения в печати, многие зоологи считали их обычными охотничьими байками. В последние десятилетия также никто не хвастался, что наблюдал в нашей стране или даже в Средней Азии, где змей много, подобное поведение змей. Впрочем, змей стало так мало, что трудно представить, чтобы вместе собралось хотя бы 20 представителей этих существ, яростно преследуемых человеком.

Зиготам, развивающимся в теле матери, хорошо – они защищены от внешнего мира. Другое дело – яйца, развивающиеся вне материнского организма. Они подвергаются различным опасностям и невзгодам. Таким клеткам требуются особые защитные приспособления, предохраняющие яйцо, а потом и зародыша от механических повреждений, нападения вредителей и высыхания. Ярким примером таких приспособлений служат яйца акул, рептилий и птиц. Строго говоря, большая часть того, что мы называем «яйцом», – его «белок», пленки и скорлупа или кожистый футляр – это яйцевые оболочки, и только желток является истинным яйцом, то есть оплодотворенной яйцеклеткой.

Оплодотворенному яйцу, чтобы начать деление, необходима серьезная подготовка. Вот почему между оплодотворением и началом первого деления проходит определенный отрезок времени от 3 часов до полутора суток. А у некоторых животных, например у северных летучих мышей или у соболя, у которых оплодотворение яйцеклеток происходит в осенне–зимний период, развитие зародыша начинается лишь весной, когда будущие матери получают возможность охотиться и хорошо питаться.

Мы познакомились с тем, как начинается развитие оплодотворенной яйцеклетки. На начальном этапе развития зародыша его клетки просто делились и оставались «жить» там, где появились на свет. Можно подумать, что эти первоначальные структуры формируются совершенно случайно и образующим их клеткам совершенно безразлично, где они оказались и кто их соседи. Однако это не так. Помогли это выяснить лягушки. Их зародыши обладают удивительным свойством. Если их икринки развиваются в воде, куда добавлено немножко пищевой соды, клетки зародыша между собой не слипаются, как им полагается. Это свойство позволило «разобрать» зародыши лягушки на отдельные клетки. Если эти клетки поместить в специальный питательный раствор, они не погибают, а вновь приобретут способность слипаться между собой.

Разборку на «кирпичики» ученые осуществляли, когда в зародыше было уже три слоя клеток. Верхний, как вы уже знаете, – зародышевая кожа (эктодерма). Внутренний слой предназначен для создания кишечника и его производных (энтодерма). А из промежуточного слоя клеток (мезодермы) образуются мышцы, кости, соединительные и другие ткани.

В зародыше довольно рано появляются клетки, являющиеся узкими специалистами в каком–либо виде деятельности. Интересно, что появление этих клеток, их формирование часто происходит не там, где им придется работать, а где–нибудь на стороне, иногда довольно далеко от места будущей работы. Когда потребность в их деятельности созреет, этим клеткам приходится перебираться на новое место жительства, к месту будущей работы. Может показаться удивительным, но этот процесс происходит даже у человека.

О миграциях клеток тела в ходе развития организма ученые знали уже достаточно давно, но о том, как путешествующие клетки находят дорогу к месту работы, выяснить было непросто. Проще всего было предположить, что клетки находят дорогу по «запаху». Однако доказать, что именно запах помогает им найти дорогу, крайне трудно. Такая возможность бесспорно доказана лишь в одном–единственном случае: так находят дорогу клетки–предшественники лимфоцитов, белых клеток крови, из костного мозга, где они образуются, в вил очковую железу – тимус, находящуюся у нас между трахеей и грудиной.

Представьте себе станок–автомат для изготовления гвоздей. Что нужно для того, чтобы он приступил к их изготовлению? Во–первых, металл – чтобы было из чего делать гвозди. Во–вторых, электроэнергия – чтобы станок мог работать. А в–третьих... нужно включить станок.

А кто «включает» процесс дифференцировки клеток?

Каждая клетка любого организма имеет полный объем информации о том, как устроен организм, в котором она находится, а также о том, какие функции и каким образом должны выполнять клетки данного организма. Действительно, клетки умеют делать то, что им положено, но кто–то должен им дать команду. Оказывается, команду дают клетки–соседи из тех, кто появился раньше и успел сформироваться.

Вы уже знаете, что у зародыша довольно рано формируется нервная трубка. Затем на ее переднем конце возникает утолщение – зачаток головного мозга, а чуть позже по бокам этого зачатка возникают глазные пузырьки, зачатки будущих глаз.

Удивительно, но клеткам и тканям организма в их деятельности по созданию организма годятся и чужие приказы. Во всяком случае, ткани кожи охотно выполняют такие распоряжения.

Знаете ли вы, как устроена кожа высших позвоночных? Она состоит из трех слоев: наружного – эпидермиса, среднего слоя – дермы и подкожной клетчатки. Собственно кожей является дерма. Во всяком случае, так переводится это слово с греческого языка. Приставка «эпи» переводится как «на», «над». Следовательно, эпидермис – это то, что над кожей.

Происхождение этих кожных слоев различно. Эпидермис образуется из эктодермы, а дерма – из мезодермы. В дерме проходят тонюсенькие кровеносные и лимфатические сосуды, нервы и находятся кожные железы.

Кроме того, кожа формирует волосы, перья, ногти и когти.

Кожа цыпленка формирует три типа покровных структур: широкие перья крыла, узкие перья, которые покрывают большую часть тела курицы, и чешуйки на лапах, а, кроме того, когти. Как вы думаете, что будет, если эктодерму цыпленка, которая при контакте с хрусталиком вырабатывала роговицу глаза, пересадить на другое место к тому же цыпленку? Теперь она будет формировать перья. Мало того, если всё тот же участок эктодермы цыпленка скомбинировать с мышиной кожной мезодермой, она и в этом случае создаст перья.

В мозговом зачатке эмбрионов любых животных нервные клетки (нейроны) еще не имеют отростков. Они развиваются позже и, что самое интересное, добираются именно до тех нейронов, с которыми обязаны обмениваться информацией. В сравнении с размером тела нервной клетки длина ее отростков кажется огромной, ведь им часто приходится тянуться через весь мозг или через всё тело животного. Как «узнает» растущий отросток, в какую сторону ему следует пробираться? Как он находит ту нервную клетку, с которой ему полагается образовать связь?

У лягушки можно перерезать зрительные нервы, передающие информацию от глаз в соответствующие отделы мозга. Подопытная лягушка, естественно, ослепнет, но инвалидом она будет недолго. Вскоре зрительные нервы регенерируют, и зрение восстановится полностью. Лягушка снова будет хорошо разбираться в обстановке, «узнавать» по внешнему виду врагов и дичь и даже сумеет отличить ядовитых животных от пригодных в пищу. Полное восстановление зрения возможно потому, что все 500 тысяч волокон зрительного нерва, идущих от каждого глаза, находят «свои» нервные клетки, которым они обязаны передавать информацию, и устанавливают с ними прежние деловые контакты.

Развитие многоклеточного организма заключается не только в увеличении числа его клеток и овладении ими разными «профессиями». Оказывается, и сами клетки, если они хотят стать настоящими «профессионалами», должны развиваться. Особенно это касается нервных клеток, которые в будущем возьмут на себя функцию проводников нервных импульсов на большие расстояния.

Работа нервных клеток сопровождается электрическими реакциями. В наших квартирах и на производстве все проводники, по которым течет ток, надежно изолированы. Это абсолютно необходимо. Нервным клеткам мозга тоже требуется надежная изоляция. В нервной системе для этого используется жироподобное вещество – миелин. Он служит изоляцией для нервных волокон, входящих как в состав нервов, так и в состав мозга.

У высших позвоночных животных белое вещество мозга, представляющее собой скопление нервных волокон, больше чем наполовину состоит из миелина. Нарушения в образовании миелина приводят к тяжелым заболеваниям.

Развитие и рост организмов не заканчиваются в яйце. Это особенно заметно у крупных млекопитающих и у человека, чьи дети после рождения еще долго растут. Однако развитие после рождения само по себе не происходит. Чтобы орган научился справляться со своими обязанностями, он должен время от времени функционировать. Развитие происходит только в процессе деятельности.

Учиться приходится всему. Мы обучаемся даже пользоваться глазами! Если на новорожденных щенят надеть матовые очки, пропускающие только рассеянный свет, но не позволяющие видеть какое–нибудь изображение, они не научатся пользоваться своими глазами. Воспитанные без зрительных впечатлений, молодые собаки не могут с помощью зрения догадаться о существовании на их пути преграды и натыкаются на все встречные препятствия. Молоденькие обезьянки, которых со дня рождения заставляли жить в таких же очках, не узнавали ни яблоки, ни бананы. Чтобы освоить эти премудрости, им приходилось долго учиться пользоваться своими глазами.

Из позвоночных первыми обзавелись настоящими конечностями амфибии. У них они были пятипалыми. Позже число пальцев стало меняться. У современных лошадей сохранился лишь один третий палец, у оленей два – третий и четвертый, у носорога три пальца – второй, третий и четвертый, у волков четыре – второй, третий, четвертый и пятый, но у медведей и обезьян остались все пять. Зато у вымерших ихтиозавров их было семь. Интересно отметить, что к увеличению числа пальцев стремятся и современные китообразные. Среди белух и некоторых других китообразных частенько попадаются животные, у которых в передних ластах четвертый или пятый палец расщеплен на два.

Различные модификации конечностей четвероногих, возникавшие за последние 300 миллионов лет, изучены достаточно хорошо, но многие теоретически возможные модификации так и не были обнаружены. Например, никогда не встречались животные с первым, вторым, четвертым и пятым или только со вторым и четвертым пальцами. Оказывается, возможных или, правильнее, разрешенных способов изменения конечностей не так уж и много. Запреты распространяются не только на пальцы, но и на другие кости. Длина конечностей животных на протяжении эволюции то уменьшалась, то увеличивалась. В этом случае в передних конечностях удлинялась плечевая кость. Но никогда на месте одной плечевой кости не возникало двух, соединенных последовательно, хотя нетрудно представить, насколько при этом увеличилась бы подвижность конечности.

Откуда на Земле взялись живые организмы? Возникли ли они сами по себе или занесены на нашу планету из космоса?

Сторонники земного происхождения жизни усиленно пытались создать в пробирке условия, похожие на те, что когда–то существовали на нашей планете, надеясь воспроизвести начальные стадии возникновения жизни, и выяснить, как она возникла. Они не думали, конечно, что сумеют создать живой организм, но надеялись добиться самосборки белковых молекул или понаблюдать, как белковые молекулы воспроизводят подобные себе белковые молекулы, как они дублируют свое строение. Увы, настолько буквально их мечты не осуществились.

Однако ученые – люди упорные. Они сумели разобраться, как устроены самые простые организмы и научились искусственно синтезировать некоторые белковые молекулы. В секретных лабораториях некоторых стран работали над созданием биологического оружия, пытаясь создать вирусы опасных болезней. А недавно Би–би–си сообщило, что ученые США сумели синтезировать один из наиболее простых вирусов – вирус полиомиелита!