Пути развития жизни

 Знать о причинах, которые скрыты,
 Тайные ведать пути.

Л. Мартынов

Главный путь биологического прогресса - это общее повышение организации животных или растений, которое поднимает их на более высокую ступень. При этом усовершенствуются не только отдельные важнейшие органы, но и организм в целом, и этот общий прогресс оказывается одинаково полезным в переменной жизненной обстановке. Вначале прогрессивные изменения приспосабливают организм к тем условиям, в которых они возникли, а затем дают возможность "оторваться" от привычной среды и завоевать новые места обитания. Вода и суша - крупнейшие ступени, через которые прошла эволюция жизни. Выход растений на сушу сыграл огромную роль в развитии всего органического мира. Растения изменили состав атмосферы и создали условия для развития наземных животных.

Переход от водной среды к наземной потребовал выработки определенных приспособлений и привел к коренной перестройке растений. Рассмотрим этот пример подробнее.

Гостеприимные воды морей и рек облегчают жизнь своим обитателям. Перед водными растениями не стоит угроза высохнуть, и у них слабо развита покровная ткань. При жизни в воде нет необходимости в специальных органах всасывания, так как растение впитывает воду с минеральными веществами всеми своими частями; поэтому у водных растений или вовсе нет корней, или они играют роль крючьев, которыми растение цепляется за дно и камни. Слабый свет и невысокое содержание кислорода в воде вызывают уменьшение объема листовой пластинки по отношению к ее поверхности - многие водоросли имеют вид цилиндрических лент или ветвистых кустиков без резкой границы между стеблем и листьями. У некоторых водорослей листья перистые, и, расправленные на листе белой бумаги, они похожи на тонкие дорогие кружева.

Так как вода имеет большую плотность, чем воздух, то всякое тело, погруженное в нее, становится значительно легче. Поэтому листья водорослей могут держаться в воде распростертыми, не нуждаясь в механической опоре. Тонкие гибкие листья легко выдерживают мощный натиск волн, но, вынутые из воды, повисают, как тряпки. Вес листьев уменьшают находящиеся в них большие воздушные полости. Особенно замечательны плавательные пузыри саргассовых водорослей: подобно ягодам, сидят они на веточках с зубчатыми листьями. Волны легко обрывают хрупкие стебли водорослей, а морские течения несут их в открытый океан, где они во множестве скопляются в поверхностных, щедро обогреваемых солнцем слоях. Такое "саргассово море" обрадовало когда-то спутников Колумба, принявших его за твердую землю, и они хотели пристать к нему. Каков же был их испуг, когда суда мягко врезались в эту живую стену!

Саргассово 'море'

Для наземных растений необходима механическая опора, добывание пищи и укрепление связи с землей. Тело наземного растения имеет корни, листья и стебель. Для всасывания воды и растворов солей из почвы служит корень. Его всасывающая поверхность увеличена развивающимися на нем многочисленными волосками. Кроме того, корень прочно удерживает растение в почве. Через лист растение питается воздушной пищей, которую оно добывает при помощи света. Для деятельного обмена между листом и корнем, а у деревьев - для поддержания тяжелой кроны служит стебель с системой каналов и обладающий известной прочностью. Жилки, которые так явственно выражены в листе, проходят И по стеблю, но там они обычно менее заметны.

В процессе естественного отбора у наземных растений выработались и более совершенные способы размножения.

Потомки первых наземных растений - папоротникообразные - размножались спорами, которые, падая на сырую, болотистую почву, прорастали в маленький зеленый заросток. Образовавшиеся на нем мужские и женские клетки сливались в каплях почвенной влаги.

Голосеменные растения размножались без участия водной среды, их женские клетки не высыпались на землю, как у папоротникообразных, а оставались на материнском растении, хотя и помещались в голой семяпочке, открыто сидящей на краю плодолистика. Приносимая ветром мужская пыльца достигала семяпочки, а вызревающие семена выставляли себя на солнце и ветер.

Высшим достижением на многовековом пути развития растительного мира было появление покрытосеменных растений, имеющих сложный орган полового размножения - цветок.

У цветковых растений яйцевая клетка глубоко спрятана и надежно защищена внутри завязи, образованной сросшимися плодолистиками, и, сверх того, внутри особых телец - семяпочек. Там она покоится в богатом влагой пузырьке - зародышевом мешке. Мужские клетки - пылинки - пассивно переносятся на рыльце пестика. После оплодотворения яйцевая клетка остается внутри семяпочки под защитой стенки завязи, где получает необходимые питательные вещества. Когда зародыш превращается в зрелое семя, растение-мать отправляет его в самостоятельный путь, снабжая защитными покровами, средствами для расселения и запасами продовольствия в кладовых-семядолях.

Таким образом, с переходом от водного существования к наземному произошла глубокая перестройка в организации растений, вызванная условиями жизни на суше.

В результате коренной перестройки наземные растения приспособились к яркому солнцу и сухому воздуху и быстро распространились по всей поверхности Земли. Глубокие изменения организации явились результатом накапливающего действия естественного отбора.

В процессе эволюции у растений постепенно вырабатывались новые качества и свойства, полезные при жизни в разнообразных неблагоприятных условиях. Новые формы получали преимущества и достигали пышного расцвета. Они широко расселялись по свету, проникали в ранее недоступные им места и вытесняли менее совершенных предшественников. Для прогрессивных изменений характерна их стойкость: раз появившись, они сохраняются у потомков и дальше. Такая стойкость объясняется огромным биологическим значением коренных изменений, открывающих большие приспособительные возможности.

В мире животных интересным примером этого могут служить насекомые: вместо внутреннего костного столба, как у позвоночных, они приобрели наружный хитиновый панцирь, в который заключено их мягкое тело. Хитин - прекрасный строительный материал, который сочетает в себе надежную прочность с высокой пластичностью. Однако он стесняет свободу движений. Это вызвало расчленение тела насекомых, обеспечившее им подвижность. Во время роста и развития насекомые вынуждены время от времени сбрасывать старый хитиновый костюм и заменять его новым, по росту - отсюда характерное для насекомых развитие с превращением. Можно думать, что хитин не дал возможности насекомым сделаться большими и сильными животными. Какой-нибудь жук-голиаф, с гордостью носящий свой почетный титул, выглядит жалким пигмеем перед самым скромным млекопитающим.

Так, одно изменение вызывает целый ряд других изменений, переплетающихся между собой, подобно тем волнам, которые оставляет на воде плывущее судно.

Млекопитающие благодаря своей теплокровности, меховому покрову, четырехкамерному сердцу, живорождению и развитию центральной нервной системы, в частности головного мозга, широко распространились по Земле и приспособились к современным условиям жизни.

В дальнейшей эволюции на основе крупных перестроек развертывается изумительная картина частных приспособлений. При этом общая организация животных или растений значительно не повышается, и они оказываются лучше приспособленными к конкретным условиям среды.

Глубоководные рыбы

Ярким примером могут служить глубоководные рыбы, живущие в своеобразных условиях на больших глубинах, где невысокая температура (на глубине 10 тысяч метров немного выше двух градусов). С глубиной увеличивается давление: на каждые 10 метров оно повышается на одну атмосферу. У рыб, живущих на таких глубинах, ткани тела рыхлые, тело пористое и пропитано водой, поэтому давление одинаково как снаружи, вокруг рыб, так и внутри их тела. Ни один луч света не проникает в эту черную страну, и там нет растений, которые кормят всех обитателей Земли. Поэтому одни глубоководные рыбы питаются мертвыми морскими животными, другие не довольствуются мертвечиной и разнообразят свой стол живностью. Но чтобы настигнуть жертву, ее надо увидеть, и в кромешной тьме океанской пучины хищники освещают себе путь собственными фонарями. Живой свет служит приманкой. У некоторых хищников светится сама пасть, и, когда рыбки подплывают поближе, не подозревая о грозящей им гибели, "охотник" захлопывает "капкан", щелкнув острыми, как бритва, зубами. У рыб-удильщиков есть специальные фонарики: спинной плавник этого рыболова превращен в удочку, на конце которой светится маленький шарик. Мелкие рыбки подплывают поближе и платят за свое любопытство жизнью.

В черных пучинах океана нужны и особые глаза, чтобы увидеть свет. Одни глубоководные рыбы имеют необыкновенно большие, "телескопические" глаза, которые улавливают тусклое мерцание разноцветных огней, испускаемое их светящимися собратьями. Другие рыбы слепы, но этот недостаток восполняется сильно развитыми органами осязания. Слепцы блуждают среди тихого водного царства, ощупывая каждый шаг своего пути длинными тонкими щупальцами, - они чувствительны к малейшему колебанию воды. Жители нижних этажей моря потеряли все яркие краски - они или черные, или серые, или бесцветные.

Несмотря на своеобразную внешность, глубоководные рыбы не принадлежат к каким-либо особым семействам, а представляют собой изменившихся обыкновенных рыб, встречающихся в верхних, залитых солнцем слоях морей. Когда костистые рыбы расселялись по водному миру, занимая все свободные места, часть рыб нашла убежище в глубоководном мраке, где они могли лучше сохранить свою жизнь.

Своеобразие условий глубоко отразилось на форме и окраске тела рыб, строении их плавников, глаз, зубной системы, сделав их столь непохожими друг на друга, но общий уровень организации всех костистых рыб остался более или менее одинаковым.

Вода сильно поглощает свет. Она похожа на цветной фильтр, который по-разному пропускает разноцветные лучи. Солнечный луч, состоящий из семи цветов радуги, быстро тускнеет, попав в воду. Раньше всех затухают красные лучи, затем исчезают зеленые; и глубже других проникают ультрафиолетовые лучи. Вместе с этим изменяется и характер растительности.

На мелководье обитают зеленые водоросли. Они лепятся к прибрежным камням тончайшими нитями или всплывают на поверхность воды в виде кожистых лент. Иногда волны срывают их с места и выбрасывают на песчаный берег. Глубже селятся бурые водоросли, похожие на ветвистые кустики: они крепко держатся за подводные камни, и даже сильные бури не могут их оборвать. В глубине ютятся изящные красные водоросли; они переливаются богатейшей гаммой теплых красок от нежно-розового до густого багрово-черного. Глубже 200 метров даже в самых прозрачных тропических морях исчезают подводные луга.

Таким образом, и животным и растениям присущи своеобразные черты, которые находятся в полной гармонии с окружающей их обстановкой. Но такая узкая специализация невидимой цепью приковывает животное или растение к условиям их обитания и препятствует общему прогрессивному повышению организации.

С этим связано разрешение интереснейшей загадки из истории Земли: почему вымерли гиганты растительного мира, покрывавшие некогда Землю мрачными высокоствольными лесами? Ведь древние лепидодендроны и сигиллярии не были хилыми и слабыми растениями. Напротив, они достигали 30 метров высоты и около двух метров в диаметре. И вдруг в конце палеозойской эры они вымерли все, не выделив из своего рода ни одной формы, которая приспособилась бы к новым условиям. Причиной их гибели оказалась слишком высокая и узкая специализация. Лепидодендроны и сигиллярии имели корни с особыми выростами и сложными пучками придатков на них. Такие корни были полезными при жизни в сырых и болотистых низинах каменноугольных лесов, но оказались непригодными в засушливом климате пермского периода. Огромные мощные деревья оказались погребенными в глубоких пластах земной коры.

Узкие специализированные формы достигают на некоторое время огромного жизненного благополучия: они широко расселяются, захватывая целые материки, теснят своих менее счастливых собратьев. Но при резком изменении условий эти победоносные бойцы оказываются обреченными на гибель и вырождение, а на смену им приходят молодые жизненно-гибкие формы, способные выжить в разнообразных неблагоприятных условиях окружающей их среды.

Для прогресса вида большое значение имеют приспособления, или те органы, которые отсутствуют у взрослых организмов, но имеются у зародышей или личинок и обеспечивают им нормальное развитие.

Например, икра лягушек хорошо защищена от высыхания, повреждений и нападения врагов. В теплые весенние вечера лягушки откладывают икру на мелких незатененных местах. Икринки имеют вид черноватых или сероватых шариков, покрытых тонкой оболочкой. В воде оболочка разбухает и слипшиеся в комок икринки всплывают на поверхность, где лучше подогреваются лучами солнца и быстрее созревают. Студенистая слизь, толстым слоем окутывающая икринки, защищает их от механических повреждений и поедания хищниками: не просто удержать в зубах скользкие комки или оторвать от них часть. Только хищные водяные жуки да утки с их широким, усаженным зубчиками клювом могут полакомиться лягушачьим потомством. Темный цвет икринок зависит от пигмента, который скопляется на одном, обращенном к свету конце яйца. Поглощая тепловые лучи, пигмент ускоряет созревание яиц.

Из икринки лягушки вылупляется головастик. Он имеет вид черной запятой и первое время прикрепляется к водорослям двумя присосками, а затем начинает двигаться и извиваться при помощи хвоста. По бокам головы у него видны два пучочка ветвистых жабр, которые поглощают воздух из омывающей их воды. Позднее эти наружные жабры заменяются внутренними. В складках бахромчатых губ образуются многочисленные роговые зубчики, которыми он соскабливает нежную кожицу зеленых растений.

При дальнейшем развитии головастик теряет личиночные органы (жабры, глоточные зубы, хвост), у него появляются конечности, он начинает дышать легкими и превращается в крошечного лягушонка, который может прыгать по земле.

Зародышевые оболочки и личиночные органы нужны животным лишь в младенческом возрасте и отсутствуют у взрослых животных. Но они имеют большое биологическое значение, давая возможность зародышам и беспомощным личинкам пережить трудный период их полной приключений жизни. Эти органы важны и для жизни вида, так как благодаря им большее число особей достигает взрослого состояния.

Третий путь эволюции - это упрощение организации животных или растений по сравнению с их предками. Различают общий регресс - упрощение всей организации и частичный - потерю отдельных органов.

Значительный регресс связан с переходом к паразитизму. Например, у свиного цепня, паразитирующего в тонких кишках человека.

Упрощение организации наблюдается и у животных, перешедших к сидячему образу жизни.

В 1949 году, во время первого рейса научно-исследовательского судна "Витязь" в Охотском море, на его палубу с глубины четырех километров был поднят трал с богатым уловом: множество рыб поблескивало на солнце серебристой чешуей, морские звезды шевелили ярко окрашенными лучами. Но зоолога А. В. Иванова заинтересовали невзрачные розовые и черновато-бурые кольчатые трубочки длиной всего в несколько сантиметров.

Погонофоры

Эти загадочные существа и раньше попадали в руки зоологов, которые не могли установить точно их классификационное положение.

Присмотревшись к розовым трубочкам, Иванов увидел, что внутри них передвигались снабженные присосками нитевидные существа. Изредка они высовывали наружу венчики-щупальца, похожие на бороду. За этот венчик их и назвали погонофорами, что значит "носящие бороду". У некоторых погонофор было до 200-250 щупалец.

Тщательное исследование этих странных существ показало, что у них есть мозг и сердце, но нет

рта и кишечника, а органами дыхания и пищеварения им служат... щупальца. В связи с пассивным образом жизни эти удивительные животные перестали даже походить на животное!

На внутренней стороне щупалец расположены длинные тонкие волоски, пронизанные кровеносными сосудами. В густой сети щупалец застревают взвешенные в воде микроскопические существа, и, когда их накопится много, "бородач" втягивает крону щупалец внутрь трубочки. С помощью выделяемых ферментов^* пища переваривается и всасывается сквозь стенки ворсинок.

^* (Ферменты - вещества, ускоряющие пищеварительный процесс.)

Далекие предки погонофор имели кишечник, об этом свидетельствует зачаток кишки, который имеется у их зародышей.

С открытием погонофор к 13 высшим систематическим группам животного царства прибавился еще один, 14-й тип. Работу А. Иванова в зоологии сравнивают с открытием в географии нового континента.

Частичная утрата органов происходит у подземных животных или обитателей темных пещер. В пещерах Югославии и Южной Австрии живет любопытное земноводное - протей, несколько похожее на тритона, с маленькими беспомощными ногами. У протея, кроме легких, имеются наружные ветвистые жабры. Когда протей живет в воде, он, подобно рыбе, дышит жабрами, а когда выбирается из воды, то дышит через легкие, которые становятся при этом объемистее.

Свою жизнь протей проводит в воде подземных пещер. Длинное угревидное тело его лишено пигмента - оно полупрозрачное, бесцветное, глаза совершенно скрыты под кожей, хотя у новорожденных детенышей ясно видны зачаточные глаза. Очевидно, предки протея жили на поверхности земли и обладали органами зрения. Интересно, что американский протей, живущий в открытых пресных водоемах, имеет маленькие, но заметные глаза и яркую окраску: черные пятна на сером фоне. Если выращивать европейского протея на свету, его глаза развиваются нормально.

У растений регресс связан с паразитизмом. Мы можем проследить у них постепенный переход от потери листа до полной утраты всех вегетативных органов.

У омелы есть стебель с зелеными листьями, но нет корней: вместо них развиваются присоски. У заразихи, которая паразитирует на корнях подсолнечника, конопли, клевера, хотя и сохранился бледно-бурый стебель, но на нем сидят чешуйчатые, лишенные хлорофилла листья. Заразиха полностью получает пищу от растения-хозяина.

Не имеет корней, зеленых листьев и петров крест, находящийся на иждивении широколиственных деревьев - липы, ясеня, орешника. Его мясистое чешуйчатое корневище находится под землей, и только ранней весной в тенистом лесу появляется на поверхности земли его невысокий роговатый стебель с кистью малиново-красных цветков.

Особый тип паразитизма у раффлезии Арнольди: у нее нет ни стебля с листьями, ни корней, но хорошо развит огромный ярко-красный цветок (орган размножения и приманки насекомых). Все тело растения превратилось в клеточные нити, похожие на мицелий гриба, которыми паразит внедряется в корни дикой виноградной лозы.

Цветковые растения при переходе в водную среду утрачивают ту стройность, которую они приобрели при завоевании суши. У них появляются тонко рассеченные тесьмовидные листья, упрощаются или совсем утрачиваются корни, не развивается сосудистая система, исчезают устьица - только цветок обычно остается нетронутым. Это хорошо видно у водяного лютика, роголистника, ряски.

Для регрессивных форм характерно резкое сокращение среды обитания, большая зависимость от нее и малая приспособительная пластичность.

Прогресс не всегда связан с усложнением. Упрощение организации имеет приспособительное значение и происходит лишь тогда, когда оно биологически полезно. Таким образом, для развития живой природы свойственны три основных пути: коренная перестройка, частные приспособления и регресс.

Процессы эволюции необратимы. Это значит, что если организм, приспосабливаясь к изменившимся условиям, утрачивает какие-то органы, то при обратном переходе к прежним условиям они не восстанавливаются, а заменяются другими, выполняющими их функции. Ярким примером может служить маленький вечнозеленый кустарничек иглица, который часто встречается у нас в Крыму. При первом взгляде на его ветвящиеся стебли кажется, что они покрыты жесткими кожистыми листьями. Но это не настоящие листья, а видоизмененные веточки - филлокладии. Настоящие же листья в виде маленьких чешуй сидят на средней жилке филлокладий. Ранней весной из пазух этих чешуек появляются мелкие цветки, а затем и красные ягоды, которые выдают стеблевую природу филлокладиев.

Очевидно, когда-то в прошлом иглица, приспосабливаясь к засухе, потеряла свои листья, а когда она вновь попала в прежние условия, то вместо листьев у нее появились веточки, которые приобрели листовидную форму.

Естественный отбор определяет направление эволюции - снизу вверх, постепенное восхождение от низших форм к высшим, от простого к сложному.

Но если это верно, то почему естественный отбор до сих пор не усовершенствовал туфельку или червя? "А спрашивается... - говорил Ч. Дарвин, - какую пользу могли бы извлечь из более высокой организации инфузория, глист или даже земляной червь? А если в этом нет никакой пользы, то естественный отбор или вовсе не будет совершенствовать эти формы, или усовершенствует их в очень слабой степени, так что они сохранятся на бесконечные времена на их современной низкой степени организации"^*.

^* (Ч. Дарвин. Происхождение видов. М., Сельхозгиз, 1952, стр. 170.)