Питер Медавар - Наука о живом

Кислородный и углеводный циклы тесно связаны между собой. В обоих циклах участвуют атмосферный углекислый газ и атмосферный кислород (составляющие соответственно около 0,3 и 20 % атмосферы). Связанные в цепи атомы углерода образуют каркас всех структурных молекул организма (см. гл. 10), а потому не удивительно, что в угле и в другом ископаемом топливе скрыто гораздо больше углерода, чем его содержится в живых организмах. Этот углерод возвращается в атмосферу при горении — протекающем с участием кислорода процессе, при котором углерод превращается в углекислый газ. Углеродный и кислородный циклы пересекаются в фотосинтезе — процессе, при котором энергия солнечного света превращает воду и атмосферный углекислый газ в углеродные соединения, известные как углеводы. Фотосинтез сопровождается выделением кислорода, а кислород непосредственно используется для дыхания и растениями, и животными. Наиболее важные (ввиду своей многочисленности) организмы, которые захватывают углекислый газ и высвобождают кислород, — это деревья в лесах и микроскопические водоросли, плавающие на поверхности океана, т. е. фитопланктон. На определенной глубине в море количество углекислого газа, выделяемого при дыхании, точно соответствует количеству углекислого газа, {24} потребляемого при фотосинтезе, — это так называемая компенсационная точка.

Гомология. Одно из наиболее важных понятий в биологии — это гомология, т. е. сходство по основному плану строения или выполняемой функции, которое объясняется общностью происхождения, параллельной генетической детерминацией или связью, обусловленной тем, что данные органы являются завершением одного какого-то эволюционного ряда.

Начавшийся с простой пятилучевой (пятипалой) структуры процесс развития, создающий у рыб грудной плавник, у птиц видоизменился в процесс развития, который создает крыло, а у млекопитающих — в процесс, который создает переднюю конечность. Таким образом, грудной плавник, крыло и передняя конечность — гомологичные органы. Другим примером гомологии являются крошечные тонкие косточки, передающие вибрацию от барабанной перепонки к слуховому органу, и кости, которые когда-то поддерживали челюсть. Точно так же щитовидная железа млекопитающих гомологична тому органу, который у низших хордовых вырабатывает слизь и выбрасывает ее на внутреннюю поверхность жаберной полости, чтобы улавливать мелкие частицы пищи из протекающей через жабры воды. Во всех этих случаях важно помнить, что тут имеет место не превращение одного органа в другой — по меньшей мере наивно говорить о превращении плавников в конечности, — а эволюция одного процесса развития в другой процесс. После появления работ Дарвина многие биологи сочли важнейшей своей задачей выявление гомологии как дополнительного доказательства теории эволюции (на той же позиции все еще стоят те консервативные учебные заведения, где основой преподавания зоологии остается сравнительная анатомия).

На одном из самых первых занятий по сравнительной анатомии начинающий узнает, что животные, в свое время довольно произвольно объединенные в группу копытных (Ungulata), в частности лошади, коровы, овцы, свиньи, жирафы и олени, ходят на кончиках пальцев, поскольку их копыта гомологичны ногтям (ungulae) и когтям млекопитающих других групп и имеют тот же химический состав. Привычка ходить на цыпочках сопровождается изменением костной {25} структуры конечности — «руки» или «ноги» соответственно. У копытных сустав, который профаны именуют «коленом», на передней ноге гомологичен запястью, а на задней — голеностопному суставу. Пальцы передней и задней конечностей редуцировались, что увеличило механическую эффективность этих конечностей. Главный палец передней ноги непарнокопытных (лошади, например) соответствует среднему пальцу, а второй и четвертый превратились в рудименты, не достающие до земли; на передних же ногах парнокопытных оставшиеся пальцы соответствуют нашим среднему и безымянному. Как легко заметить, изучение гомологии вносит порядок и смысл в то, что иначе выглядело бы огромной беспорядочной грудой зоологической информации.

Гомология конечностей копытных очень проста, и более продвинувшийся в своих занятиях студент-биолог — во всяком случае, обучающийся там, где сравнительной анатомии отводится надлежащее место, — может заняться, скажем, такой проблемой, как топография передней части головы позвоночных; кстати, эта проблема принадлежит к числу тех, которые профану кажутся смешными, хотя на самом деле открывают возможность для исследований и рассуждений, не лишенных определенной элегантности. Передний конец головы анатомически определяется передней частью сегментированных мышечных блоков, которые заполняют тело позвоночного от одного конца до другого, передними окончаниями двигательных нервов, иннервирующих эти мышцы, и самой передней точкой таких продольно вытянутых структур, как хорда и нервный тяж, или же органами, которые являются форпостом этих структур, такими, например, как задняя доля гипофиза. Анатомическая идентификация передней части головы позволяет лучше понять поразительную эволюцию высших нервных центров высокоразвитых позвоночных, приведшую к колоссальной гипертрофии, которая выплеснула элементы мозга за пределы анатомической передней части головы. Ценность сравнительной анатомии заключается в том, что она помогает лучше понять систему живой природы: глуп тот, кто смеется над ней, и сам себе вредит тот, кто ее недооценивает. {26}