Знание-сила

Знание-сила научно-популярный журнал

iiene     
Он-лайн ТВ Знание - Сила РФ Проекты Фотогалереи Лекторий ЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 





СВЕЖИЙ НОМЕР


Органические молекулы в космосе
 
 
 Самое интересное 
Самые яркие статьи за все годы существования журнала. Пока выложены только статьи 2007-2010 годов, но мы работаем над продолжением этого.
«Живые ископаемые» — и эволюционируют

Михаил Вартбург

 

Несколько лет назад в научной печати появилась статья американского профессора Питера Уорда из Сиэтла, посвященная морским моллюскам вида Наутилус, в отношении которых профессор Уорд сделал выдающееся открытие, необычайно возбудившее весь зоологический научный мир.

Дело в том, что этот зоологический научный мир был прочно убежден, что настоящие наутилусы, то есть те морские моллюски, от названия которых оттолкнулся когда-то, сочиняя свой роман о капитане Немо, Жюль Верн, от которого, в свою очередь, оттолкнулись американские подводники, — так была названа первая американская атомная подлодка, и российские рок-певцы — «Наутилус помпилиус», это так называемые «живые ископаемые», не изменившиеся со времени своего появления на Земле. Разными способами удалось установить, что этот вид морских обитателей появился около 500 миллионов лет назад, тогда же расщепился на нынешние свои подвиды (их насчитывается сегодня несколько) и больше никакого нового никогда не породил.

Наука знает только двоих таких «живых ископаемых» — вторым является замечательная рыба целакант, или «кистеперая», которая имеет парные плавники, очень похожие на парные конечности нынешних обитателей суши (они и развились как раз из подобных рыб). Считалось, что эти рыбы вымерли еще 200 — 250 миллионов лет назад, но недавно их нашли в прибрежных водах Южной Африки, где они преспокойно резвятся и сегодня, к стыду и к немалой радости тех ученых, которые их давно похоронили.

Наутилусы тоже живут в тропических водах, преимущественно на подводных склонах коралловых рифов, на глубине 100 — 150 метров, где они питаются всякого рода рачками и мелкой рыбешкой. К этому они прекрасно приспособлены, потому что вся их биография началась, в сущности, с того, что они были первыми хищниками кембрийских морей.

До появления наутилусов членистоногая живность этих морей жила себе припеваючи, а затем для нее началась суровая борьба за выживание. У наутилуса на морде имеется до 90 щупальцев (недаром он, как и осьминоги с кальмарами, относится к семейству головоногих), правда, без присосков, а кроме того, — пара «ринофоров», как ученые называют расположенные на выдвижных трубочках органы запаха и вкуса. С помощью ринофоров наутилус обоняет жертву, а с помощью щупальцев хватает ее и отправляет в свой широкий круглый рот, вооруженный девятью острыми, как ножи, зубами.

В этой охоте наутилусу помогают несколько его особенностей. Хотя у него слабое зрение (в его глазах нет линзоподобного хрусталика, и они похожи, скорее, на камеру-обскуру с ее точечным отверстием), этот недостаток возмещается (и даже с лихвой) очень чувствительными ринофорами. Далее, у наутилуса есть достаточный запас энергии на случай необходимости быстрых резких движений и энергичного выбрасывания щупалец. Дело в том, что природа наградила его двумя парами мощных жабр, прогоняющих через себя большое количество морской воды с растворенным в ней кислородом (который затем поступает в кровь), а также особым пигментом крови — гемоцианином. Эта группа атомов заменяет наутилусу привычный нам гемоглобин, только в гемоцианиновой группе вместо атома железа в центре стоит атом меди. Он, как и атом железа в гемоглобине, легко соединяется с кислородом, а затем кровь разносит этот кислород по организму, насыщая его энергией. Все, как у нас, с той разницей, что у нас кровь красная, потому что окислы железа (ржавчина) имеют красный цвет, а у наутилуса, поскольку окислы меди имеют синий цвет, кровь — голубая!

Вот он, аристократ тропических морей! При охоте наутилус малоподвижен, он больше ждет, пока добыча сама проплывет мимо него. О его малоподвижности говорит и тот факт, что он ест всего раз в месяц! Понятно, что если ему этого достаточно, значит, он расходует очень мало энергии на погоню за добычей. Он предпочитает ждать ее, неподвижно вися в воде или возле коралла. А чтобы его не распознали, он весьма изобретательно маскируется: верхняя сторона его раковины от природы выглядит темной и поэтому плохо различима на фоне темных глубин, что под телом наутилуса, зато нижняя ее сторона — совершенно светлая, даже белая, так что ее плохо видно снизу на фоне более светлой поверхности воды.

Способность «висеть в воде» на любой нужной глубине и сколь угодно долго ученые называют «нейтральной плавучестью». Как и способ маскировки, это свойство наутилуса тоже связано с прирожденными особенностями его раковины. Раковина наутилуса — настоящее чудо природы. Начать с того, что она имеет вид почти идеальной математической кривой (математики называют эту кривую «логарифмической спиралью). Эта раковина начинается в центре маленьким пузырьком и затем, постепенно расширяясь, закручивается вокруг себя спиралью в два-три витка, кончаясь широко открытым раструбом, из которого торчат морда, щупальца и глаза самого моллюска.

Дело в том, что этот моллюск рождается совсем маленьким из яйца, которое мама-наутилусиха раз в год откладывает на кораллах, а папа-наутилус затем оплодотворяет, чтобы оно от 8 до 20 месяцев развивалось в нового наутилусенка. Родившись в виде мягкого тельца размером около 30 миллиметров, он наращивает на себя (выделяя особую слизь) крохотную раковинку, растет в ней, пока ему не станет тесно, потом выдвигается из нее, выделяет за собой слизь, чтобы сделать что-то вроде завесы, которая закрывает покинутое пространство, а сам начинает строить новую камеру — продолжение той же раковины, только побольше.

Так повторяется многократно, пока наутилус не достигнет взрослого размера: у самых малых видов, филиппинских, — до 16 сантиметров, у самых больших, австралийских «императорских», — до 26 сантиметров в диаметре. Тогда он строит себе последнюю, самую большую камеру, в которой и будет обитать всю оставшуюся жизнь (порой до 20 лет), причем он и в ней может при желании скрыться на время целиком, заслонив входное отверстие этакой подвижной «шторкой». В итоге оказывается, что почти вся огромная раковина этого моллюска пуста и необитаема. Вся эта длинная спираль, состоящая из многочисленных (счетом до тридцати) пустых камер все большего размера, отделенных друг от друга упрочняющими перегородками-«септами», — не более чем шикарный подол королевской мантии. Или, если угодно, — дворец, как и подобает существу с голубой кровью, но только дворец на одного обитателя, который выбрал себе для жилья самый большой зал, а все прочие забросил навсегда.

Такое многосоставное строение раковины принесло наутилусу заслуженное звание «многокамерного», и под этим гордым названием — «многокамерный наутилус» — он запечатлен в гербе островного государства Новая Каледония, в водах которого водится особенно широко, а также на картине известного американского художника начала ХХ века Эндрю Вьетта, где изображена дама, полулежащая на кровати перед окном, причем очертания указанной дамы, окна и кровати повторяют очертания раковины наутилуса, лежащей тут же, на картине, на столике около кровати.

Но не один только Вьетт усмотрел возможное сходство многокамерной, логарифмически-спиральной раковины наутилуса с некоторыми житейскими предметами и живыми существами, то же сходство воодушевило другого американца, Оливера Холмса, самого известного американского поэта XIX века, на создание поэмы под тем же лирически-мечтательным названием «Многокамерный наутилус», в которой Холмс смело уподобляет свое тело раковине этого замечательного моллюска, а свою возвышенную душу — самому обитателю сей раковины, выражая надежду, что она — душа, — оставляя позади себя «камеры» своей прежней жизни, будет постепенно становиться все более зрелой, пока не найдет себе самое последнее обиталище — понятно, на небесах.

У раковины есть еще одна замечательная особенность — та самая, которая обеспечивает ей упомянутую выше нейтральную плавучесть. Долгое время эта особенность не имела объяснения, поскольку оно требовало изучения живых моллюсков. Только в 1960-е годы удалось разгадать мучительную загадку. Оказалось, что главную роль в плавучести наутилусов играет та наполненная кровью трубка (сифон), которая выходит из мягкого тела наутилуса и проходит сквозь всю длину раковины, пронизывая все перегородки между отдельными камерами. Эта трубка играет в раковине роль отсасывающего насоса. Дело в том, что каждая очередная камера раковины по мере своего образования заполняется морской водой. Затем, когда моллюск уходит из этой камеры, закрывает ее перегородкой и начинает строить себе новую камеру попросторней, предыдущая камера сохраняет в себе воду. И тут в дело вступает трубка-сифон. Наутилус то и дело всасывает в нее снаружи, через рот, морскую воду, тем самым увеличивая соленость своей крови. Когда соленость крови в трубке увеличивается, начинает действовать явление осмоса, или выравнивания давления по обе стороны полупроницаемой перегородки: вода в каждой закрытой камере начинает всасываться в трубку, чтобы разбавить соленость в ней и уравнять ее с соленостью в камере.

И наоборот, газы, содержащиеся в крови (азот, кислород и углекислый газ), начинают таким же осмотическим манером проникать из трубки в освобождающееся от воды пространство камеры, чтобы опять-таки уравнять давление газа в камере и в трубке. В итоге вода из камеры высасывается в трубку (и потом выбрасывается наружу), а сама камера постепенно наполняется газами. Это происходит с каждой закрытой камерой, пока средняя плотность всей раковины в целом (вместе с телом наутилуса) не станет примерно равна плотности окружающей воды, тогда раковина повисает в этой воде неподвижно и может теперь перемещаться только горизонтально с помощью реактивной струи воды, выпускаемой наутилусом изо рта.

Таким образом, пустые камеры наутилуса играют ту же роль, что плавательный пузырь у рыб. Благодаря газу в них моллюск почти не затрачивает энергии на поддержку своего положения в воде и поэтому может достигать очень больших размеров. Дальние родственники нынешних наутилусов, древние аммониты, имели раковины величиной до двух, а порой и до десяти метров! Но у такой системы плавучести есть и серьезный недостаток. Он состоит в том, что заполнение камер газом происходит пассивно путем диффузии сквозь трубку, а потому идет медленно и не может быть ускорено ни при необходимости быстро всплыть, ни при необходимости быстро погрузиться. В результате при случайном слишком большом погружении наружное гидростатическое давление на раковину становится таким большим, что вдавливает и ломает пустые камеры раньше, чем они успевают заполниться водой. Нынешние наутилусы погибают на глубине 750 — 800 метров. Но уже на глубине 500 метров осмотический механизм плавучести моллюска, как показали исследования профессора Уорда, непоправимо нарушается.

Кстати, об Уорде. Мы начали с того, что он сделал выдающееся открытие, которое необычайно возбудило весь научный мир. Теперь мы можем рассказать наконец и о нем. Работая в сотрудничестве с зоологом Сандерсом, Уорд установил, что у двух подвидов ныне живущих наутилусов внешняя поверхность раковины имеет иной характер, чем у остальных шести подвидов. Дальнейшее исследование показало, что эти два подвида действительно отличаются от других и не только внешне, но и по структуре раковины, по мягким тканям организма наутилуса и даже по генам.

В результате, начиная с 1997 года, в науке утвердилось представление о двух видах наутилусов — «просто наутилусов» и «алло-наутилусов» («других наутилусов»), к которым относятся указанные выше два подвида. Но это выдающееся открытие быстро стало толчком к другим, еще более интересным: продолжатели дела Уорда обнаружили, что отщепление алло-наутилусов от общей линии всех наутилусов произошло сравнительно недавно, всего несколько миллионов лет тому назад. А в самые последние годы были открыты и совсем новые, карликовые виды наутилусов, обитающие вблизи изолированных тихоокеанских островов. Видимо, наутилусы каким-то образом пропутешествовали на эти острова и там породили карликовое потомство.

Такое явление — быстрое, за несколько десятков тысяч лет, уменьшение размеров живых существ, попавших в изоляцию в местах с ограниченной пищей, — известно давно (новейшие тому примеры — карликовые «хоббиты» с острова Флорес и карликовые мамонты с острова Врангеля), и обнаружение карликовых видов наутилусов на изолированных островах говорит об их недавнем появлении. Все это, вместе взятое, означает радикальный переворот во взглядах: теперь наутилусы уже никак не могут считаться «живыми ископаемыми» или «эволюционными окаменелостями», какими их считали раньше, они оказались вполне живым и весьма энергично эволюционирующим семейством, которое даже и сейчас дает начало все новым и новым видам.

ЗС 08/2010

Номера журнала

 

Читать номера on-line

 

вернуться


Карта сайта | Контактная информация | Условия перепечатки | Условия размещения рекламы

«Сайт журнала «Знание-сила»» Свидетельство о регистрации электронного СМИ ЭЛ №ФС77-38764 от 29.01.2010 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
© АНО «Редакция журнала «Знание-сила» 2012 год

По техническим вопросам функционирования сайта обращайтесь к администратору

При поддержке медицинского портала ОкейДок


Rambler's Top100
av-source