|
|
Страница 36 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наукаПродолжу примеры. Рассмотрю водные и наземные организмы на палеонтологическом этапе перехода из воды на сушу, а потом при обратном переходе в воду на уровне высокоразвитых млекопитающих. Главное отличие в водной и воздушной среде, которое задают физические законы для условий при синтезе информации, очень простое. Масса тела растёт пропорционально кубу его линейного размера. Поверхность медленнее – пропорционально квадрату линейного размера. Поступление кислорода для нужд энергетики метаболизма пропорционально площади поверхности тела. Потребление или выделение энергии при метаболизме пропорционально массе тела (его объёму). Закон куба и квадрата для отношения объёма тела к его поверхности есть главный в физико-химических задачах обеспечения кислородом энергетики метаболизма и удаления из него углекислоты. На это обратил внимание ещё Н. Винер. У микробов или простейших многоклеточных организмов линейные размеры малы, поэтому велика поверхность тела по отношению к его объёму – газообмен на поверхности тела достаточен для потребностей метаболизма. У гораздо более крупных организмов, но с вялым метаболизмом, например, дождевых червей, величина поверхности тела также может обеспечить их кислородом и удалить СО2 . Но при размерах тела порядка единиц миллиметров и интенсивном метаболизме (как у насекомых) величина гладкой поверхности, ограничивающей организм, для решения этой задачи оказывается мала. Тем более, что у них поверхность тела есть его хитиновая несущая конструкция (как у современных безрамных автомобилей), а потому не может целиком состоять из клеток, способных к газообмену. Поверхность тела можно увеличить (мало изменяя его объём) за счёт неровностей – полостей или выпуклостей. По физико-химическим причинам они в задачах газообмена живых организмов должны возникать автоматически. Дело в том, что образование на поверхности организма колоний клеток, специализированных для поглощения кислорода и выделения углекислоты – газообменников – обязательно связано с отличием их механических свойств (поверхностного натяжения, жесткости, прочности). Ведь они имеют физико-химические функции и метаболизм иной, чем у соседей. Улучшение снабжения кислородом за счёт специализации клеток позволяет расти размерам организмов. Соответственно растут размеры колоний таких клеток, усложняется их структура. Отличия механических свойств колоний этих клеток от свойств соседей приводят к деформации поверхности тела как начальной первичной основе, приводящей к формированию специализированных органов. Генетика управляет метаболизмом клеток. Физические, химические, механические законы на этой основе формируют органы и системы. Механические свойства и специализация клеток взаимосвязаны сложно. Поэтому высоковероятные случайные изменения поверхности тела за счёт специализированных клеток-газообменников могут быть как направленные внутрь (то есть формирующие полости) так и приводящие к кистевым наростам. В обоих случаях условия прочности “конструкции”, а также работа, которую нужно затратить для циркуляции воды или воздуха в возникших газообменниках, с помощью отбора ограничивают рост возмущений поверхности тела, которую они образуют. Сочетание случайностей с физико-химическими законами и механическими закономерностями границ “газообменников” позволяет в процессе эволюции развиваться начальным возмущениям поверхности от уровня клеток до выраженных “конструкций” самостоятельных органов дыхания. Этому способствует общая для всех форм жизни особенность – избыточность производства энергии, стимулирующая рост как “полезных”, так и патологических новообразований. Опять-таки, это не есть вульгарно эволюционный рост, превращающий микроизменение в лёгкие или жабры. Это – запомненные выборки из многих случайных “конструкций”. Они могут
Газообменник в технических устройствах – сложная конструкция, реализуемость и работоспособность которой зависят от условий, задаваемых человеком-инженером. Для живой природы ответственность конструктора за качество решений берёт на себя естественный отбор. Главные физико-химические и механические условия в этом: Для использования в химических реакциях метаболизма кислород должен быть растворён в воде. Поэтому поверхность газообменников должна быть всегда влажной. Концентрация кислорода в водной среде при самой хорошей аэрации около 1% , в свежей прудовой воде около 0,7% , в морской воде около 0,5% . В воздушной среде концентрация кислорода от двадцати до сорока раз выше, чем в воде – 21% . Гидравлическое сопротивление пропорционально квадрату скорости движения. Коэфициент при этой зависимости для воды намного больше, чем для воздуха. Высокая концентрация кислорода в воздухе позволяет существовать дождевым червям, несмотря на малость поверхности газообмена и отсутствие специальных приспособлений для организации потока воздуха вдоль тела. Подземный образ жизни сохраняет у них влажность наружной поверхности тела. Они малоподвижны, то есть мала работа, совершаемая ими при движении. Её может обеспечить малая скорость подачи кислорода в организм, то есть малая поверхность газообмена. Рыбы (как представители водных организмов) живут в среде с малой концентрацией кислорода. Они холоднокровны, то есть преимущественно кислород нужен им при производстве энергии для движения в воде. Но скорости их движения не малы, а сопротивление в воде велико и быстро растёт с ростом скорости движения. Для обеспечения организма энергией нужны большие поверхности газообмена. Полостные газообменники (даже простые как у насекомых) возникнуть у них не могут. Рыбы используют для дыхания жабры – кистеобразные (рис. 3.7) газообменники. Они не отличаются от полостных с точки зрения вероятности возникновения. Но в запоминание случайного выбора вмешиваются механические условия. В водной среде гидродинамическое сопротивление при заполнении полостей намного больше, чем при омывании снаружи кистевых образований. Это одна из причин, по которым отбор закре
Равноправие случайного возникновения полостного (легких) и кистевого (жабр) газообменников хорошо видна на примере костных рыб (Osteichthyes). Три их типа – кистепёрые, лучепёрые и двоякодышащие рыбы в той или иной форме (наряду с жабрами) имеют легкие или их зачатки [57]. У них полость как форма органа газообмена может существовать, а потому она возникает в результате случайностей, ограниченных физико-механическими законами. Избыточность как основа метаболизма всех форм жизни разрешает этим типам рыб иметь излишний для них орган, потенциально пригодный для газообмена. Однако большое гидравлическое сопротивление при заполнении водой и опорожнении полостей запрещает им стать основой дыхания у рыб. Рыбы-уроды, случайно получившие только полости-лёгкие – гибнут. Рыбы, имеющие и полости, и жабры, могут существовать за счёт жабр, несмотря на уродство (зачатки лёгких), если оно совместимо с выживанием. На палеонтологическом этапе существования рыб кислород в воздушной атмосфере Земли уже был как её значительная составляющая. В п. 2 выше было подчеркнуто насколько велики концентрационные преимущества метаболизма в воздушной среде. Их использование отражает факт – есть виды рыб, у которых могут сосуществовать в роли работоспособных органов жабры и зачатки лёгких. Сколь бы эти зачатки ни были несовершенны как орган, разница в концентрациях кислорода гарантирует выживание выживающих, переходящих хотя бы эпизодически в воздушную среду – для работы отбора над случайностями есть эффективная основа. Это двоякодышащие рыбы Но они не есть переходная форма к наземным животным – они тупик эволюции. Действительно переходные формы вымерли в виде индивидуумов или не закончивших развитие организмов. Результатом таких переходных форм явились наземные животные, содержащие внутри себя много общих особенностей, но несопоставимые с двоякодышащими рыбами. Категория: Библиотека » Философия Другие новости по теме: --- Код для вставки на сайт или в блог: Код для вставки в форум (BBCode): Прямая ссылка на эту публикацию:
|
|