Навіщо потрібен скелет?
Дивний, щонайменше, питання. Без скелета тварини нагадували б м'якотілих медуз. Як би вони пересувалися по суші? Як підтримувалися б внутрішні органи? Чим був би захищений ніжний і вразливий головний мозок. Все це вірно, і все-таки питання не так вже простий.
ДЕ ШУКАТИ СЛІДИ ГЕМОГЛОБІНУ
Професор П. А. Коржуєв готує зараз до друку працю про гемоглобіні. Він працював над ним двадцять років, хоча йому і здається, що дослідження почалися недавно. Пам'ять зберігає подробиці першої експедиції на Баренцове море, що поклала початок книзі. На пошуки нових фактів доводилося виїжджати в тайгу, в гори, в пустелю, в тундру. Сліди еволюції гемоглобіну Коржуєв зустрічав в організмах самих різних мешканців Землі, дихальні пігменти - пряму рідню нашого пігменту крові - він відшукував і в клітинах рослин, і в клітинах бактерій. Чим детальніше він вивчав будову крові, тим глибше йшов в нетрі еволюції. Воно й не дивно: без дихальних пігментів, які допомагають клітинам витягувати з навколишнього середовища кисень, немає і самого життя.
Побудувавши схему спорідненості живого світу з гемоглобіну, яка з тих пір фігурує в підручниках, Коржуєв отримав нове підтвердження спільності походження всього живого на Землі - на малюнку виросло зелене генеалогічне древо крові. А простежуючи зміни гемоглобіну, він неминуче стикався з перетвореннями скелета.
Проблема забезпечення організму киснем на протязі всієї історії живого світу була не менш важливою - напевно, навіть більш важливою, - чому проблема харчування. Способи добування їжі, як і «способи добування кисню», тобто дихання, кровообігу і кровотворення, в значній мірі визначали зміна будови тіла тварин, напрямок їх розвитку. Ось переконливий приклад.
Не раз перед багатьма видами тварин в історії їх розвитку виникала загроза голоду, але голоду не в звичайному сенсі слова, а - кисневого. Без їжі якийсь час протягнути ще можна, без дихання клітини гинуть моментально. Загроза з'являлася тоді, коли, скажімо, умови життя на планеті змінювалися. Коли, наприклад, водні хребетні вперше опинилися на суші, покинувши океан - колиска життя. Викинуті з води, риби опинилися на дві іншого океану - повітряного. Але тут вони не могли дихати: зябра тут не годилися. Насувалася і ще одна небезпека - загибелі від висихання: адже через велику площу зябрових пелюсток з організму катастрофічно швидко випаровувалася волога. Врятуватися можна було, лише втративши покриви тіла, «сховавши» органи дихання вглиб, повернувшись до найдавнішого з відомих способів дихання - до дихання всією поверхнею тіла. За втрату покривів вчені охрестили перших вихідців на сушу - земноводних - «голими гадами». Серед сучасних земноводних все ще зустрічаються види, які дихають однією шкірою: безлегочние саламандри.
Вибравшись на берег, земноводні заплатили за новий спосіб життя необхідністю постійно жити біля води, щоб щохвилини зволожувати свою «голу» шкіру. Вдалися вони від водойм, вони б загинули. Лише рептилії, легкі яких вдосконалилися, знову набули покриви тіла і назавжди покинули прибережну зону, ставши справжніми наземними жителями.
Життя на суші зажадала від її мешканців величезних витрат енергії, пересуватися тут доводилося, не покладаючись на рятівний закон Архімеда. Виросла потреба в енергії - зросла потреба в кисні, а значить і в гемоглобіні, тобто в загальній кількості крові. Адже гемоглобін міститься в еритроцитах - червоних клітинах крові. Вимірюючи кількість крові у різних видів тварин, Коржуєв переконався, що, дійсно, її порівняно небагато у риб (по відношенню до загальної ваги тіла). У земноводних - більше, ще більше у рептилій, у птахів і, нарешті, дуже багато у ссавців, особливо у рухливих. Таким чином, кількість крові виявляється пропорційно енергетичним потребам і витратам організму. Далі, якщо у риб налічується всього близько 150 000 червоних кров'яних кульок в одному кубічному міліметрі крові, то у птахів їх вже 3 000 000, тобто в двадцять разів більше, а у ссавців в двадцять сім разів більше, ніж у риб. Отже, з ходом еволюції не тільки крові стає більше, але і сама вона змінюється, стаючи більш насиченою червоними кульками, більш працездатною.
ВИРОБНИЦТВО КРОВІ РОЗШИРЮЄТЬСЯ
Але звідки з'являється це велика кількість кров'яних клітин? У водних тварин, наприклад у риб, «фабрикою крові» служить печінка, нирки, стінки кишечника. Наземним жителям необхідно набагато більше еритроцитів. Старі органи кровотворення, зі своєю «застарілою технологією», не можуть задовольнити зростаючі потреби. Значить, з виходом на сушу у земноводних повинні були з'явитися і нові органи кровотворення. Так і сталося: виник кістковий мозок.
Треба сказати, що до 1946 року з цього питання єдиної думки вчених не існувало. Деякі зоологи вважали, що у перших мешканців суші - хвостатих земноводних: саламандр, амблістому - кісткового мозку немає, а у безхвостих, тобто жаб і жаб, він є.
У самих ґрунтовних працях і довідниках з порівняльного вивчення крові в графі «Кістковий мозок хвостатих амфібій» стояв прочерк. «Судячи з кількості крові - це помилка. У хвостатих амфібій повинен бути кістковий мозок », - таку гіпотезу висловив на основі вивчення крові професор П. А. Коржуєв. «Я висловив припущення про існування кісткового мозку у хвостатих амфібій, не будучи знайомий з давнім суперечкою зоологів, - розповідає він. - Логіка підказала, що інакше не може бути ».
Здогад вченого підтвердив на досвіді чеський дослідник Варічка, виявивши у хвостатих амфібій кістковий мозок. Виявилося, що під мікроскопом його легко побачити на тканинних зрізах навесні, коли саламандри активні, а їх тканини розпускаються, точно листя дерев. Звичайно, у земноводних величезну роль ще відіграє і старий орган кровотворення - селезінка. Коли ця здогадка Петра Андрійовича підтвердилася, у нього виникла інша, на цей раз зовсім «єретичного» характеру.
Вчений тепер не сумнівався, що кількість кісткового мозку, кількість крові пропорційно енергетичним витратам організму. Крім того, він все більше переконувався в тому, що між скелетом і кров'ю існує глибоке єдність. Розташовуючись в поперечинах кісткової тканини, кістковий мозок ускладнює скелет. Ускладнює ... У той же час він необхідний, бо потреби організму в кисні зростають. Що ж, яке вимога перемагає?
Прийнято думати, наприклад, що серед наземних тварин найлегший скелет у птахів. Чи вірно це? Чи вірно, що у птахів кістки легше, ніж у незграбних, шльопають животом по калюжах жаб і жаб, ніж у земноводних. «Так», - йшлося в традиційну відповідь. «Ні», - сказав Коржуєв. Адже стрімкий політ стрижа або багатоденний переліт качок - це величезне навантаження на систему кровообігу. Птаху необхідно забезпечувати організм киснем. А значить, без добре розвиненого кісткового мозку і, отже, без розвиненого скелета вона задихнеться, як хворий без кисневої подушки.
Свої теоретичні висновки Коржуєв став перевіряти експериментально. Шлях експедиції, яку він очолив, лежав в Кзил Агач: пташиний заповідник біля кордону з Іраном. Сюди, на колишній острів Сара, після обміління Каспійського моря став півостровом, здавна злітаються качки і гуси, лиски і баклани, чомги і стрепети, пелікани і фламінго. В Кзил-Агачі взимку тепло, завжди знайдеться рясна їжа.
На півострові біологи розташувалися надовго. Вони вимірювали кількість крові у самих різних птахів, вважали еритроцити, обчислювали відсоток гемоглобіну, визначали порівняльну тяжкість кісткового мозку, вага скелета з кістковим мозком і без нього. Висновки їх роботи? У птахів скелет виявився важчим, ніж у земноводних!
ДЕ ЗНАХОДИТЬСЯ ФАБРИКА КРОВІ?
Кістковий мозок здавна звикли розглядати як «орган кровотворення». Студенти-медики та біологи знають, що в підручниках його зазвичай не зараховують до системи кровообігу, але не відносять, власне кажучи, і до скелету. Пишуть, що «він розташовується в кістки». Тут пролазить дві принципові помилки.
У навчальних схемах замкнутої системи кровообігу у людини та інших високоорганізованих тварин кістковий мозок, як правило, відсутня. Немов його забули. Виходить, звичайно, ненавмисно, що еритроцити так і перебувають постійно в судинному руслі. Але ж якщо схему уточнити, то «замкнута» система кровообігу виявляється «відкритої»: вона пов'язана з кістковим мозком, а отже і з скелетом, звідки в кров надходять еритроцити. Вона пов'язана і з органами виділення, куди з крові йдуть тільця, які закінчили своє життя.
«Орган» або «не орган» ... Справа не в словах. Суперечка йде не про термін, а по суті. Багаторічні дослідження крові ясно показують, що істинним «органом кровотворення» є наш скелет, кістки. Адже у кісткового мозку немає навіть чітко окреслених меж. Клітини кісткової тканини народжуються з тих же клітин, з яких народжуються червоні і білі кров'яні тільця. Кістковий мозок - складова частина скелета, а не «орган».
Отже, порівняльне вивчення крові різних тварин, дослідження гемоглобіну показало, що з появою на суші перших наземних тварин у скелета з'явилася нова функція - кровотворення.
Високогірні архари-предки наших домашніх овець - володарі розкішних рогів. Чим вони вище живуть, тим роги більше. Питається, навіщо вони високогірним тваринам? Адже вони заважають долати уступи і скелі, вони роблять тварину важче, сковують його рухливість. Рогу - турнірне зброю, - пояснюють деякі вчені. Але, здається, справа не тільки в цьому.
У рогах є кістковий стрижень. І не виключено тому, що роги служать гірському тварині додатковим осередком кровотворення. Адже в горах потреба в кисні та ж, що і на рівні моря, а в повітрі його міститься менше. Тому інтенсивність кровотворення в горах різко зростає. У овець, наприклад, яких женуть на альпійські пасовища, кровотворення помітно збільшується.
Ось ще один приклад: погляньте на фотографію верблюда. Навіщо малюкові такі довгі ноги? Зоологи довго думали над цим. А тепер це зрозуміло. Трубчасті кістки новонароджених верблюденят буквально забиті червоним кістковим мозком. У пустелі - де змучена рослинність, суворі кліматичні умови, там «запас міцності» у вигляді великої маси кісткового мозку забезпечує можливість пристосуватися до суворого життя. Або скелет кита, він величезний - тридцять відсотків від ваги всього тіла. І все губчаті його пори заповнені кістковим мозком, який виробляє величезні маси еритроцитів з гемоглобіном в дуже високій концентрації.
Кістки не тільки виконують «функцію опори», це не тільки «важелі руху», - як пишуть підручники - каркас для прикріплення внутрішніх органів і місце для розвитку органів кровотворення. Скелет сам і є - «орган кровотворення», фабрика крові. Це - активна життєдіяльність частина організму. Можливо, навіть найактивніша - частота поділу клітин кісткового мозку вище, ніж клітин будь-який інший тканини.
Цікаво, між іншим, що коли мова заходила про еволюцію, до сих пір зазвичай не враховувалися сили гравітації - тяжіння. Згадайте, що в воді ці сили діють слабше, ніж на суші. І коли тварини з океану вийшли на землю, зміна гравітаційного впливу повинна була позначитися на їх скелеті. Як? Цього поки ніхто точно не знає. Зараз можна тільки робити припущення.
Пересуваючись по суші, тварини повинні були витрачати на подолання сил гравітації набагато більше енергії, ніж раніше. А енергія, значить - кисень, кров, органи кровотворення. Саме «енергійність», «енергоємність» наземного способу життя, вважає П. А. Коржуєв, і визначила велику потужність нових вогнищ синтезу гемоглобіну - кісткового мозку. А, може бути, вона була і прямою причиною виникнення мозку в кістках.
Але якщо це правда, то усунення гравітації на довгий час (наприклад, тривалий стан невагомості), може, як здається, привести навіть до пригнічення кісткового мозку. Звичайно, це припущення потребує перевірки. Ось чому знаючи, як еволюціонують кров і органи дихання, ми можемо робити висновки про еволюцію скелета. Як бачите, сліди гемоглобіну можуть розповісти багато про що!