Помоги проекту - поделись книгой:
Существуют разные теории появления растений на Земле, но большинство из них сходится на том, что появились они из воды, от предков, общих с водорослями. Соответственно и сами были похожи на эти самые водоросли. Попав в воздушную среду, они очень долго адаптировались и в итоге начали занимать вертикальное пространство, то есть расти вверх. Первыми растениями были хвощи и плауны, среди которых встречались и 100-метровые гиганты – первые «деревья». Но они не были настоящими деревьями в нашем с вами понимании: у них не было древесины, вторичной ткани. Растения долго экспериментировали с древоподобными жизненными формами, из которых до нас дошли пальмовидные древовидные папоротники. Но ведь у них нет настоящей древесины! Весь ствол состоит из черешков листьев. Затем климат на планете поменялся, стало прохладнее, и растения поняли, что такой огромный ствол нуждается в большей защите от испарения влаги, от ветров и других внешних воздействий. Именно это и привело к появлению в стволе камбия, нового слоя постоянно делящихся клеток, которые внутрь откладывают древесину, а наружу луб – внутренний слой коры.
№ 20. Почему стволы деревьев круглые?
Если посмотреть на спил дерева, то мы увидим круги – годичные кольца. Ближе к краю спила мы обнаружим кору, а под ней – луб. Затем идет слой камбия, расположенный в стволах деревьев между лубом и древесиной. Клетки камбия делятся, равномерно откладывая наружу клетки, которые станут лубом, а внутрь – клетки, которые станут древесиной. Если по какой-то причине работа клеток нарушается, то ствол может приобрести самые разнообразные выпуклости, ребра и другие «дополнения» к его ровным очертаниям.
Но работа камбия – это только косвенная причина круглой формы ствола. Основная причина – законы физики, действующие на нашей планете. Они повлияли на растения таким образом, что цилиндр оказался самой удачной формой для расположения продолговатых объектов в трехмерном пространстве. Круглому стволу легче противостоять воздействию ветра – за счет более обтекаемой формы. Его сложнее сломать, и он более устойчив к изгибам и наклонам.
№ 21. Как из маленькой клетки появилась рыба?
Процесс, при котором из одной маленькой клетки появляется большой взрослый организм (ученые называют это онтогенез), – удивительный и очень сложный.
Начинается он с того, что рыба-самка мечет икру, а рыба-самец выпускает в воду сперматозоиды. Икринка – это одна клетка, она большая и содержит много питательных веществ, сперматозоид – это тоже всего одна клетка, совсем маленькая, с хвостиком, и она может плавать. И в той, и в другой клетке содержатся инструкции для построения новой особи. При встрече икринка и сперматозоид сливаются в одну новую клетку (этот процесс называется оплодотворением).
После этого клетка, ставшая уже зародышем, начинает делиться: из одной клетки получаются две клетки поменьше. Потом каждая из новых клеток также делится на две и так далее. В самом начале при делении клетки не увеличиваются в размерах, чтобы делиться очень быстро: примерно каждые 15 минут. Когда клеток становится достаточно много, группы клеток начинают двигаться друг относительно друга: наползать, подворачиваться, вдавливаться внутрь. Так у зародыша появляются кишечник, мозг, сердце, мышцы. При этом одни клетки выделяют сигнальные химические вещества, как бы спрашивая: «Давай я буду позвоночником, а ты тогда спинным мозгом?» Другие клетки чувствуют эти вещества и в ответ действительно начинают превращаться в клетки спинного мозга.
Зародыш развивается внутри плотной оболочки икринки и не может питаться. Откуда же клетки берут еду и энергию? Из запасов питательных веществ, изначально имевшихся в икринке. Скопление этих веществ в клетке называют желтком, он занимает большую ее часть и постепенно расходуется в течение всего времени развития зародыша. Поскольку развивающаяся рыбка все-таки дышит и удаляет часть ненужных веществ, масса вышедшей из икринки рыбки будет меньше массы той одной клетки, из которой рыбка развилась.
У аквариумной рыбки данио рерио всего через 24 часа после оплодотворения уже есть голова, хвост и даже глаза. А на второй день она уже движется внутри оболочки икринки. Для сравнения: будущая мышка через 24 часа после оплодотворения состоит только из двух клеточек.
После выхода из икринки рыбка начинает самостоятельно питаться, расти, пока не вырастет в большую взрослую рыбу.
№ 22. Что возникло раньше: яйцо или курица?
Хотя этот вопрос кажется заковыристым, для биолога ответ на него очевиден. Конечно, яйцо. Первые яйца возникли намного раньше, чем первые курицы. Ведь, во-первых, курицы – это не самые первые птицы в истории, а во-вторых, не только птицы откладывают яйца. Сейчас уже хорошо известно, что современные птицы являются прямыми потомками динозавров, от которых они отделились не меньше 150 миллионов лет назад. И уже к этому моменту яйца современного птичьего типа существовали. А первые яйца, покрытые твердой кальциевой оболочкой, возникли еще раньше, около 300 миллионов лет назад. Курицы, понятное дело, появились сильно-сильно позже.
Но намного интереснее вопрос, зачем появились первые яйца. И здесь надо разобраться, что мы называем яйцом. Если понимать яйца в чисто биологическом смысле, то яйца с тонкой и мягкой оболочкой существовали в воде у самых древних многоклеточных животных. Такие яйца еще называют икринками. Икринки могут существовать только в воде. Но небиологи, говоря про яйца, все-таки обычно имеют в виду яйца типа куриных, с достаточно твердой оболочкой, зародыш внутри которых может развиваться на суше. Такие яйца в биологии называют амниотическими. Впервые в эволюции они возникли у пресмыкающихся, к которым относятся ящерицы, змеи, крокодилы и черепахи. У пресмыкающихся вокруг тонкой оболочки яйца морских животных появилась дополнительная оболочка из органического вещества, которая не пропускала воду. А значит, яйцо с такой оболочкой можно было оставить не только в воде, но и на суше, где в то время хищников, способных съесть яйца, практически не водилось. Это оказалось огромным преимуществом, и животные с такими новыми амниотическими яйцами смогли освоить всю сушу, а не только прибрежные районы, как амфибии до них. Постепенно животные научились покрывать яйца сверху твердыми веществами, содержащими кальций, и таким образом возникли те яйца, которые сегодня мы встречаем у куриц и других птиц. Динозавры, например, уже откладывали именно такие яйца задолго до птиц.
Но если вы читали внимательно, то у вас должен был возникнуть еще один вопрос: а когда же и почему появились яйца у морских животных? Перефразируя оригинальный вопрос, что было раньше, рыба или икринки? На этот вопрос ответ тоже существует, но это совсем другая история.
№ 23. Улитка рождается с раковиной?
Короткий ответ на этот вопрос звучит так – смотря какая улитка. Ведь улитки, или брюхоногие, – очень многочисленный класс. В нем около 110 тысяч видов. И рождаются они по-разному. Впрочем, жизнь любой улитки начинается с яйца.
В зависимости от вида яйца могут попадать сразу в воду, а могут быть спрятаны в яйцевые капсулы, скопления которых называют кладкой. У самых простых улиток из яйца выходит личинка, которая называется трохофора. Трохофора плавает в толще воды и совсем не похожа на взрослого моллюска. Раковины у трохофоры нет. Вскоре у трохофоры появляется складка с длинными ресничками – парус и она превращается в следующую стадию – парусник, или велигер. У велигера образуется раковинная железа и впоследствии личиночная раковина. Сначала она очень тонкая и прозрачная, но со временем начинает накапливать известь и становится тяжелой, велигер оседает на дно и превращается во взрослое животное. По мере роста моллюска растет и раковина, нарастая кольцами в сторону устья (отверстия, из которого взрослая улитка высовывает голову с щупальцами и брюшко, представляющее собой мускулистую ногу).
Но свободноплавающая трохофора есть не у всех брюхоногих – у многих эта стадия проходит в яйце, а из яйца выходит уже велигер; тогда можно говорить о том, что такие улитки рождаются с раковинной железой и личиночной раковиной. Кроме того, существуют брюхоногие, у которых все стадии развития – и трохофора, и велигер – проходят в яйце и новорожденные моллюски сразу похожи на взрослых особей и ведут схожий образ жизни. Они рождаются с настоящей маленькой раковиной, это обычно наземные и некоторые пресноводные улитки. У некоторых видов яйца могут все время развития находиться в теле моллюска, таких улиток называют живородящие.
№ 24. Почему стрекозы не могут быть большими?
Считается, что стрекозы, как и остальные насекомые, не могут быть большими из-за особенностей устройства их дыхательной и кровеносной систем. Насекомые дышат с помощью трахей – специальных трубочек, которые соединяют окружающую среду со всеми внутренностями. Эти трубочки пронизывают все тело насекомых и доставляют кислород к каждому органу. Специальные мышцы загоняют воздух в трахеи, однако чем глубже трахея погружена в тело, тем меньше свежего воздуха в нее попадает, поэтому если бы стрекоза была большая, то ее внутренние органы не смогли бы дышать. Еще одна причина, ограничивающая размер насекомых, заключается в устройстве их кровеносной системы. У насекомых кровеносные сосуды открываются внутри тела и кровь пассивно течет в тканях – такая кровеносная система называется незамкнутой. Незамкнутая кровеносная система хорошо работает при маленьких размерах животного, чем больше размер тела, тем сложнее доставить кровь к удаленным органам. А без кровоснабжения ни один орган функционировать не сможет – ведь кровь доставляет питательные вещества и забирает продукты жизнедеятельности, накопившиеся в клетках.
№ 25. У кого больше всего глаз?
Глаз – один из органов чувств животных, который способен воспринимать свет и обеспечивает функцию зрения, то есть дает животным возможность видеть то, что происходит вокруг них. Однако глаза бывают очень по-разному устроены, и считать их тоже можно по-разному.
Самые простые глаза, способные различать только свет и темноту, а также интенсивность освещения, называют глазки́ – это просто скопление пигментного вещества (у одноклеточных) или одна светочувствительная клетка (у простых многоклеточных животных); такие клетки могут быть рассеяны по телу животного или собраны в глазные пятна, которые называются стигмы.
У некоторых беспозвоночных животных бывает много таких светочувствительных клеток, выполняющих роль глаза. Например, у пиявок их количество может достигать сотни. Морской гребешок и некоторые другие двустворчатые моллюски также имеют около сотни глаз. Они расположены по внешнему краю раковины, чтобы моллюск мог чувствовать внешнюю среду и следить за хищниками.
Змеехвостки (или офиуры) – морские обитатели, принадлежащие к типу иглокожих и родственные морским звездам и ежам, – славятся тем, что очень чутко реагируют даже на небольшие изменения интенсивности света, хотя у них нет сложных специализированных глаз. Ученые выяснили, что их наружный скелет построен из огромного количества (до 100 000!) микроскопических, похожих на бусинки линз, состоящих из твердого вещества – кальцита. Эти линзы размером всего около 0,05 миллиметра одновременно фокусируют свет и передают зрительные сигналы. А все вместе представляют собой один большой орган зрения. Ученые, проводившие исследования, сравнивают его с цифровой камерой, составляющей картинку из множества пикселей. Однако микроскопические линзы змеехвосток далеко превосходят по своим оптическим свойствам изобретения человека, они способны фокусировать лучи света по крайней мере в 10 раз лучше, чем современные микролинзы, изготовленные в лаборатории, и могут стать образцом для разработчиков оптических волокон и компьютеров.
У более высокоорганизованных животных глаза устроены сложнее, например фасеточные глаза у членистоногих, ракообразных и насекомых. Фасеточные глаза – это множество собранных вместе простых глаз, каждый со своей отдельной линзочкой, которая фокусирует свет на окончание нервного волокна. Обладатели таких глаз видят каждым отдельным простым глазом небольшой кусочек того, что их окружает, а в мозгу животного все изображения складываются вместе в общую картинку, составленную из множества отдельных кусочков.
В фасеточном глазу может быть собрано от 100 до 30 000 простых глаз, так что можно сказать, что у некоторых насекомых, например у стрекозы, около 30 000 глаз.
№ 26. Почему деревья растут?
Деревья – это живые существа, растения. Основной задачей любого живого существа с биологической точки зрения является размножение. Для того чтобы жить и размножаться (плодоносить), растениям нужен свет. Поэтому в растительном мире все борются за место под солнцем. Посмотрим, например, на лес. Растения пытаются занять наиболее удобное положение, чтобы получить достаточное количество солнечного света и произвести достаточное количество питательных веществ. И каждое растение решает эту задачу по-своему: одни вырабатывают способность жить в затененных условиях, другие учатся забираться повыше, а третьи отрастили себе высоченный ствол и широко раскинули ветви. Можно сказать, что деревья выиграли у всех остальных растений в лесу.
Кроме конкуренции за свет есть и еще один важный фактор. Дерево получает энергию для жизни в процессе фотосинтеза, а фотосинтезировать могут только молодые ткани: зеленые ветви и листья. Чтобы молодые ткани появлялись, дерево вынуждено постоянно расти.
И все же, дорастая до определенной высоты, деревья останавливаются, чтобы не разрушиться под собственным весом, чтобы доставлять воду, без которой невозможен процесс фотосинтеза, в верхние отделы, чтобы не утратить устойчивость и не сломаться от ветра. Какова высота, на которой дерево остановит свой рост, зависит от места его обитания.
№ 27. Почему трава зеленая?
Мы видим предметы благодаря их способности отражать свет. От того, какую часть спектра предмет отражает, зависит, каким мы его увидим – красным, синим, зеленым…
Стебли травы, которые мы видим зелеными, по существу являются листьями. А в листьях идет важнейший для жизни растений процесс – фотосинтез. Это процесс, в ходе которого растения благодаря энергии света поглощают углекислый газ: он вместе с водой и минеральными солями служит им пищей. В качестве побочного продукта растения при этом выделяют кислород. Во время фотосинтеза хлоропласты, содержащиеся в клетках листьев, поглощают частичку света из инфракрасной части светового спектра, а отражают соответственно сине-зеленый свет. Вот листья и выглядят зелеными.
Интересно, что хлоропласты могут перемещаться в толще листа, двигаясь от поверхности внутрь него и наоборот в зависимости от интенсивности освещения.
Если на лист попадет слишком много солнечных лучей, то растение распределит хлоропласты так, чтобы их было меньше с этой стороны, а если на лист упадет тень, то хлоропласты появятся в этом месте в большем количестве для более эффективного поглощения солнечного света.
№ 28. Почему воробей прыгает, а не ходит?
Воробей прыгает, потому что он по-другому не умеет. Когда-то давно его предки приспособились жить в густых кронах деревьев или кустарников, где веточки расположены достаточно близко (так что между ними не обязательно летать), но все же слишком далеко, чтобы между ними можно было бы перешагивать; оказалось, что на таком расстоянии удобнее всего с ветки на ветку прыгать. Перемещение с помощью прыжков требует специального устройства тела: у прыгающих животных обычно особенным образом устроены кости тазового пояса и задних конечностей, мускулы тоже развиты по-другому. Животному, приспособленному к прыжкам, перемещаться другим образом обычно бывает очень неудобно – прыгать им гораздо легче, чем ходить (как нам легче ходить, чем прыгать). Поэтому когда воробей спускается с веток деревьев на землю, он продолжает прыгать, как будто он среди веточек деревьев.
№ 29. Почему пони маленькие?
Рост – это сложный признак, за который отвечает множество разных генов: одни контролируют рост костей, другие – связок и мышц, третьи увязывают эти процессы с воздействием разных гормонов и так далее. И хотя нельзя выделить какой-то один ген, который делал бы животное высоким или, наоборот, низким, ученые уже знают, какие варианты тех или иных генов связаны с высоким или низким ростом. Другими словами, носители вариантов X, Y, Z, скорее всего, будут высокими, а обладатели вариантов x, y, z – низкими. Сочетание X, y, Z даст нам существо среднего роста. Рост зависит от генов очень сильно: по разным оценкам, генетический вклад составляет от 60 до 80 %. Другими словами, если животное несет много «низких» вариантов генов, оно почти наверняка не вырастет гигантом, хотя полноценное питание и может «накинуть» пару сантиметров.
Пони отличаются от лошадей именно тем, что несут в своих клетках «низкие» варианты генов, которые участвуют в процессе роста. Во всем остальном это вполне обычные лошади. Если скрестить пони и «полноразмерную» лошадь, у них родятся жеребята, рост которых будет выше, чем у пони, но ниже, чем у лошади. Генетическая «избирательность» пони возникла не случайно. Когда-то давно предки современных маленьких лошадок переселились из теплых земель далеко на север, где холодно и мало еды. Крупным животным в таких суровых условиях трудно было прокормиться и согреться. Иногда у высоких животных рождались жеребята чуть меньшего размера: они случайно получали от обоих родителей «низкие» варианты генов. Таким лошадкам было проще найти еду и не замерзнуть, поэтому они с большей вероятностью доживали до взрослого возраста и рожали собственных жеребят, которые были еще более миниатюрными. Постепенно на севере не осталось потомков высоких лошадей: они проиграли пони битву за выживание.
№ 30. Почему болгарский перец полый?
Совсем пустыми стали только современные сорта перца – те, которые люди вывели специально практически бессеменными для удобства чистки. Если разрезать плод поперек, то мы увидим там перегородки и некоторое количество семян, большее или меньшее в зависимости от близости к ножке плода и сорта. Рядом с ножкой семян будет больше. У дикого предка этого растения на всех перегородках должны быть семена и они должны заполнять все пространство плода. Кстати, латинское название болгарского перца – Capsicum annuum, от латинского capsa – вместилище, футляр, ящик.
№ 31. Почему не все птицы улетают в теплые края?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сперва понять, почему многие птицы все же улетают в теплые края. Зачем они отправляются в длительное и порою очень опасное путешествие, если можно спокойно остаться в родном лесу?
Ответ прост: многие птицы не могут пережить суровую зиму, но не потому, что холодно (хотя это тоже важно, особенно в Сибири), а потому, что им попросту нечего есть. Почти все насекомоядные птицы улетают на юг, ведь зимой насекомых не найдешь. Но некоторые, например синицы, научились и зимой находить насекомых, спрятавшихся в трещинах в коре деревьев. Кроме того, летом и осенью они специально запасают насекомых, чтобы зимой было что есть. Впрочем, даже для синиц зима – очень опасный и голодный период жизни, во время которого примерно половина из них гибнет.
На зиму остаются и сойки. Чтобы выжить, они запасают желуди. Обычно сойки (как и синицы) не помнят, где они спрятали еду, и просто кочуют по лесу в поисках чьей-нибудь заначки.
Лучше всех приспособлены к зимовке тетеревиные птицы: в холодное время года они переходят на питание веточками деревьев. Такого корма в наших лесах очень много, поэтому рябчикам или белым куропаткам не нужно тратить много времени на его поиски: наевшись веточек, они зарываются в снег и там отдыхают (иногда целый день!), спасаясь от холода и переваривая пищу. Но так питаться в наших широтах могут только тетеревиные – благодаря особенному устройству пищеварительной системы.
Некоторые хищные птицы, например ястребы, тоже могут позволить себе никуда не улетать, они охотятся на зимующих собратьев – ворон, галок, голубей, дроздов. А вот хищники, питающиеся грызунами (например, сокол-пустельга), улетают – ведь зимой грызуна из-под снега достать не так-то просто. Это могут разве что лисы.
Многие птицы не улетают зимой далеко, а перекочевывают в более южные регионы, где климат помягче и еды побольше. А тем, что остаются, мы можем помочь выжить, подкармливая их.
№ 32. Зачем носорогу рог?
Рог носорога – это оружие для защиты и нападения, а также турнирное оружие, которым пользуются самцы в борьбе за самок. У некоторых носорогов бывает один рог, а у некоторых – два (передний и задний). У самок тоже есть рог, с его помощью они защищают территорию, чтобы им досталось побольше еды для детенышей. Но у самцов рог больше и исходно возник именно как турнирное оружие. Хотя носороги дерутся за самку, эти турниры довольно ритуализованы и обычно не кровавы. Носороги стараются не причинять большого вреда сопернику и больше давить психологически. Иначе даже выигравший может получить несовместимое с жизнью ранение.
Интересно, что просто разглядывая рог невооруженным глазом, легко заметить его продольную исчерченность, по которой видно, что он произошел от волос. Ученые считают, что в череде поколений на носу у носорогов отрастал все более и более жесткий пучок волос, который постепенно превратился в рог.
А еще, к сожалению, рога носорогов – главная причина их истребления, поскольку многие люди приписывают им чудодейственные целебные свойства.
№ 33. Почему слоны боятся мышей?
Слоны не боятся мышей. Это миф. Чтобы это проверить, даже проводили несколько экспериментов, которые подтвердили, что слоны мышей не боятся, но стараются не наступать на них. Слоны вообще никого не боятся, у них нет естественных врагов, единственный их враг – это человек. Взрослые слоны практически неуязвимы, и на них никто не нападает. Львы и крокодилы могут напасть на маленьких слонят, но для этого их приходится отбивать от стада.
Поделиться книгой: