Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий

Любое одноклеточное существо, живущее в море, настолько крошечное, что его можно разглядеть только под микроскопом, имеет запас крови, в миллиарды раз превосходящий человеческий.

Поначалу это может показаться невозможным, но, когда вы поймете, что для одноклеточного существа кровью является целый океан, все станет на свои места. Это создание поглощает из воды пищу и кислород так же, как наши ткани получают их из крови. Отходы жизнедеятельности одноклеточного организма тоже поступают в океан, как и человеческие в кровь.

Вероятно, именно так и зародилась жизнь: в виде микроскопического сгустка живой субстанции, лениво пожирающей съедобные вещества, которыми буквально кишит океан и которые, в свою очередь, образовались из более простых молекул под действием ультрафиолетовых лучей солнца. Когда формы жизни приумножились, а запасы пищи уменьшились, стали предпочтительны более эффективные способы сосуществования. Примитивная жизнь была выброшена из своего Эдема, что вынудило ее бороться за выживание.

Одним из результативных способов борьбы стало группирование клеток в кооперативные сообщества, подобно объединению первобытных людей в племена или поселения. Клетки стали выбирать себе определенный вид деятельности: одни специализировались на том, чтобы удерживать организм на камнях, другие на усвоении пищи и так далее.

Но даже у самых сложных морских растений, водорослей, эта специализация не заходила слишком далеко. Хотя и некоторые водоросли достигли значительных размеров, все они состоят из тонких ответвлений, клетки каждого из которых омываются океаном или, что встречается гораздо реже, отделяются от воды очень тонким слоем других клеток. В итоге в каждую клетку водоросли могут поступать питательные вещества и кислород.

Даже в наши дни морские растения ведут неподвижный образ жизни, при наличии солнечного света, двуокиси углерода и различных минералов они сами производят пищу для себя. Им не нужно двигаться, все необходимое само поступает в их ткани. Солнечного света бывает достаточно, если только растения находятся в верхних слоях океана, а двуокись углерода и минералы растворены в воде. Для растений жизнь не является, как для нас, борьбой.

Более сложные наземные растения, живущие на суше, должны иметь больше разных клеток по сравнению с морскими. У наземных растений есть стебли, листья, цветы, корни и тому подобное, каждые из которых состоят из различных клеток. Но жизнь наземных растений тоже нельзя назвать борьбой. Необходимую им двуокись углерода они усваивают из воздуха, а их листья поглощают солнечный свет. На суше вода не так доступна, как в океане, но растения обеспечивают себя водой с помощью корневой системы, пронизывающей землю вширь и вглубь. Корни, как промокательная бумага, впитывают воду, и она медленно поступает в наземные части растения по особым клеточным системам, неся с собой из почвы растворимые минералы.

Растения — простые, неподвижные формы жизни на земле и на суше, и с нашей точки зрения они платят за свое существование небывалую цену. Растения независимы, так как не должны искать пищу, но они всю жизнь остаются неподвижными и поэтому почти всегда беззащитны. У некоторых из них появились колючки или яд, но даже эти формы защиты весьма пассивны. Можно сказать, что растения не живут, а существуют.

Но есть и другая группа живых организмов — царство животных, которая пожертвовала способностью получать пищу из простых веществ при помощи энергии солнечного света. Это царство разбойников, поглощающих запасы пищи, так медленно и с таким трудом накопленные растениями. За несколько дней животное может безжалостно уничтожить то, что растения создавало месяцами.

Питаясь концентрированной пищей, животное может использовать и использует энергию намного шире, чем растения. Оно имеет свои недостатки. Животное чаще сталкивается с неудачей, чем растение. Животное может быстрее погибнуть от временной нехватки пищи, воды или воздуха.

Однако у организмов с высоким уровнем энергетических затрат есть и преимущества. У животного достаточно энергии, чтобы свободно двигаться, наращивать мышечную силу и вырабатывать способы нападения.

Для более эффективного выполнения этих задач клетки животного, соединившиеся в сложном организме, должны обладать более широким спектром специализации, чем растительные. Одни клетки становятся мышечными, способными сокращаться и расслабляться. Другие превращаются в нервные клетки, улавливающие изменения в окружающей среде и отвечающие на них стимуляцией других клеток, чтобы те приспособились к этим изменениям. Есть клетки, вырабатывающие особые вещества, используемые всем организмом, а есть и такие, которые защищают поверхность организма.

По мере того как животных становилось все больше и они заполняли океан, усиливалась борьба между видами. Во многих случаях эта борьба закончилась тем, что один вид животных научился поедать другой, получая запасы чужой энергии, в свою очередь похищенной у растений. Выжили те животные, которые научились наиболее эффективно использовать условия окружающей среды. Увеличивающиеся размеры организмов и специализация их клеток были не единственным путем к достижению результата, в конце концов и сегодня процветает множество видов одноклеточных организмов. Но тем не менее это был один из путей, и по прошествии миллионов лет размеры животных все увеличивались, а вместе с ними росли и их отличительные особенности.

Но увеличение размера живых организмов повлекло за собой трудности. Огромным массам клеток стал исключен доступ к океану. Они были заблокированы в центральных органах тела животного, и от воды их отделяли слои других клеток. Как получать пищу? Кислород? Как им избавляться от продуктов распада?

Это было похоже на то, как если бы стол, за которым могли расположиться всего пять человек, накрыли на сто. Пятеро счастливцев могли наесться досыта. Стоящие за ними десять — двадцать человек способны поесть, но им нужно дотянуться до пищи. Но остальные, те, кто находится дальше расстояния вытянутой руки, умрут с голода, сколько бы пищи ни было на столе, если не смогут до нее добраться. Этот предел был быстро достигнут, животные достигли таких размеров, что им стали необходимы какие-то особые способы получения пищи.

К счастью, решение было найдено. Разрастающиеся клетки вместо плотной массы превращались в трубку, полую в центре. Внутрь трубки попадала вода, омывавшая животный организм изнутри, в то время как сам океан омывал его снаружи.

Клетки, расположенные близко к внешней поверхности тела животного, питались непосредственно из океана, поэтому тут проблем не возникало. Клетки, выстилающие внутреннюю поверхность организма, получали питание из постоянно заглатываемой животным воды. И наконец, те жизненно важные клетки, которые были расположены далеко от внешней и внутренней поверхности, омывались частицами морской воды, захваченной самими тканями животного, можно сказать, внутренним «океаном», так что и эта проблема была тоже решена.

Конечно, все было не так уж просто. Животному приходилось придумывать способы добывания пищи и кислорода для этих частиц океана, чтобы омываемые им внутренние клетки могли постоянно подпитываться. Более того, продукты жизнедеятельности этих клеток также попадали во внутреннюю океанскую среду, заключенную в тканях, и животному нужно было выводить их непосредственно в океан. Поэтому происходила дальнейшая более узкая специализация: появление новых типов клеток для формирования почек и жабер.

По мере увеличения размеров животных небольшого внутреннего запаса морской воды уже не хватало. Чтобы вода могла добраться до всех клеток, полость трубки все больше и больше разветвлялась, пронизывая все ткани сложной сетью, в итоге каждая клетка могла получить порцию воды из океана или хотя бы приблизиться к ней.

Однако любое решение одних проблем влечет возникновение новых. Предположим, пища и кислород из внешней среды поступали во внутренний «океан», наполняя сложную систему разветвлений. Можно ли быть уверенным, что они проникнут в каждую щелочку и уголок? Могут ли они проникнуть достаточно быстро в каждую мельчайшую внутреннюю извилинку и изгиб, чтобы снабдить пищей нетерпеливые клетки?

Ответ будет отрицательным. За исключением очень маленьких животных, никто не может рассчитывать на тщательное проникновение. Для этого внутренний океан должен стать рекой. Жидкость должна постоянно циркулировать, жизненно необходимые вещества должны разноситься ко всем клеткам, а не медленно плыть к ним.