homobio

ХБО - хомобиотический оборот - это оборот биогенных веществ, энергии и информации, направляемый человеком разумным.

23. Рубеж

23. Рубеж

Речь состоит из предложений.

Но каждое живое существо

Есть слово Божие.

О каждом надо думать,

Чтобы понять,

Что предлагает Бог.

Без должного понимания сути процессов, происходивших при переходе от одноклеточных к многоклеточным, мы как разумные существа просто не сможем продвигаться дальше в своем взаимодействии с окружающим миром. Я хочу отметить, что переход от одноклеточных к многоклеточным был самым длительным периодом в истории развития Живого на Земле. И неудивительно, что понимание сути происходившего наступает только сегодня.

Для чего столь хорошо приспособленным ко всевозможным превратностям жизни одноклеточным трансформироваться в многоклеточные?

Одноклеточные жили в Древнем Океане, и соленые воды Древнего Океана были их окружающей средой. Надо сказать, что произошли значительные изменения в химическом составе воды, но главные изменения произошли в составе атмосферы, а значит, и в составе растворенных в воде газов.

Первое существенное изменение атмосферы — появление в ней значительного количества азота. Поставщиками атмосферного азота были денитрифицирующие бактерии. Прослеживается простая цепочка превращений: аммиак — соединения аммония — нитриты — нитраты — атмосферный азот. Эта цепочка прослеживается по сей день, с той только разницей, что свободно существующий аммиак исчез и его получают при разложении мертвых органических остатков и экскрементов. Появление свободного азота коренным образом изменило Биотический Оборот.

Появление азота сделало атмосферу проницаемой для солнечных лучей. И уже следующим изменением стало появление в атмосфере кислорода. Первыми поставщиками кислорода в атмосферу стали сине-зеленые водоросли.

Можно с полной уверенностью занести в Почётную книгу Истории это имя, имя создателя выдающегося фермента — хлорофилла. Хотя само название сине-зеленая водоросль и ошибочно, ибо сине-зеленая водоросль — одноклеточное, не имеющее оформленного ядра, т. е. прокариот, иными словами, бактерия.

Хлорофилл — фермент, в котором идёт синтез углеводов. Как всегда, при каждом  соединении мелких субъединиц выделяется молекула воды и поглощается энергия. Источником энергии для сине-зеленных бактерий стало Солнце. Атмосфера Земли к тому времени стала как бы прозрачней. Именно на появление этого важнейшего источника энергии — солнечного света — бактерии ответили появлением фототрофов. Но из всех бактерий-фототрофов только сине-зеленая водоросль выделяет кислород.

Любопытно, что достаточно точную датировку появления «монолита жизни» дает минералогия. Ранняя Атмосфера Земли была бескислородной, и железо, растворенное в морских водах, было представлено закисными соединениями. И вдруг в интервале 3,9 — 3,8 млрд. лет назад на разных участках древнего Мирового океана, с геологической точки зрения, одновременно появляются первые свиты железистых кварцитов, в которых железо представлено окисными соединениями — гематитом и магнетитом. Появление в атмосфере кислорода вызвало значительные изменения в мире микроорганизмов. Когда количество свободного кислорода достигло 0,01 от сегодняшнего, появились аэробные бактерии. Дыхание энергетически оказалось почти в 50 раз выгоднее брожения. Изменения в биоте, связанные с появлением в атмосфере кислорода, привлекают всеобщее внимание, а на изменения, связанные с появлением в атмосфере азота, господа биологи совсем не обращают внимание.

Поставлять азот в атмосферу могут только микроорганизмы. И фиксировать атмосферный азот тоже могут только микроорганизмы. Но фиксировать атмосферный азот могут только микроорганизмы-симбионты. Сложность в том, что молекула азота состоит из двух атомов, валентность азота — 3, значит на её разложение требуется энергии в три раза больше, чем на разрыв связей в органических молекулах. Энергетическое равновесие метаболизма нарушено. Собственной энергии крошечных созданий — бактерий на фиксацию атмосферного азота просто не хватает. Аммиак из атмосферы был уже «выбран», и недостаток азота стал лимитирующим фактором биоценоза.

Прошу обратить внимание на тот факт, что содержание азота в атмосфере сегодня стабильно. А в ту пору, когда не было растений и животных, в атмосфере шло накопление и кислорода, и азота.

Так или иначе, микроорганизмы так «почистили» атмосферу, что из первоначальных газов в ней ничего не осталось.

Избыток кислорода, а точнее недостаток в атмосфере углекислого газа, должны были привести к глобальному обледенению планеты. Почему? Попробую объяснить.

Я уже писал, что в атмосфере имеются т. н. парниковые газы, задерживающие отраженную солнечную радиацию. Колебания температуры, связанные с парниковым эффектом, достигают 60 градусов. Главный парниковый газ — углекислый газ. Сегодня его в атмосфере содержится примерно 0,03% и повышение его содержания ещё на одну сотую долю процента грозит нам значительным потеплением, а значит, таяньем ледников, повышением уровня мирового океана, затоплением низинных территорий, дестабилизацией атмосферы, ураганами и другими бедами.

Известно, что ледниковые периоды бывали и в Докембрии, т. е. до появления растений и животных. Значит, микроорганизмы смогли так почистить атмосферу, что содержание углекислого газа в атмосфере стало ниже, чем 0,03%.

Любопытно, что сама биота из ледникового капкана выбраться не могла. Но ледниковые периоды потому и являются ледниковыми периодами, что сменялись резкими потеплениями. Как такое могло случиться?

На выручку живому веществу приходила Земля. Начинался период магматической активности, и недра Земли выбрасывали огромное количество углекислого газа и вулканической пыли. Так заканчивались все ледниковые периоды.

Могу отметить, что человек появился в период очередной магматической активности. Есть основания предполагать, что появление человека напрямую связано с магматической активностью, но об этом поговорим в другой главе.

Основными компонентами атмосферы стали азот, кислород и углекислый газ. Это обстоятельство коренным образом изменило Биотический Оборот.

Стабилизация атмосферы и стабилизации оборота биогенных элементов могла произойти только с появлением многоклеточных. При этом многоклеточные существа «разделили» свои обязанности по поддержанию биотического оборота. И главное «разделение» произошло между животными и растениями. Первоначально это разделение было между морскими животными и водорослями, ибо этот этап эволюции происходил в воде.

Водоросли в симбиозе с микроорганизмами стали главными поставщиками в биоценоз углеводной продукции, а в атмосферу — кислорода, животные в симбиозе с бактериями стали поставщиками в биоценоз азота, а в атмосферу — углекислого газа.

А как иначе объяснить постоянство состава атмосферы?

Животные от растений отличаются, в первую очередь, большим содержанием белка, а значит — азота. Откуда берется азот у растительноядных животных? Ответа на этот вопрос у сегодняшних биологов нет, или, вернее, их ответ — из пищи. Но все эти растительноядные животные являются постоянными поставщиками азота в Биотический Оборот, и не только после смерти — все экскреты животных содержат азотистые соединения. У некоторых животных есть даже специальные железы, выделяющие азотистые отходы. К примеру, речной рак выделяет аммиак через зеленые железы. Насекомые выделяют мочевую кислоту через специальные мальпигиевы трубочки. Мальпигиевы трубочки — отличительная характеристика насекомых. Мальпигиевы трубочки обнаружены у всех видов насекомых, а их более миллиона. Количество трубочек колеблется от одной пары до нескольких сотен. У кровососущего клопа их всего две пары, а у черного таракана, разлагающего целлюлозу, этих трубочек несколько десятков.

Если верить тому, что азотистые продукты, подлежащие экскреции, образуются только при расщеплении белков и аминокислот, тогда больший избыток азота должен быть у клопа, а не у таракана. Тогда почему у клопа трубочек — 4, а у таракана — несколько десятков?

Травоядные никогда не страдали от недостатка азота, вспомните нашу кормилицу корову. Корова гибнет от избытка азота, объевшись свежего клевера. Даже незначительные азотсодержащие стоки, текущие в водоемы, убивают там всё живое. Я видел такие мертвые пруды рядом с птицефабриками.

Водные организмы никогда не страдают от отсутствия азота. Большинство водных организмов от простейших до амфибий выделяет аммиак прямо в воду, где он тут же превращается в ионы аммония. И несмотря на то, что у меня нет прямых научных данных по поводу азотфиксирующих бактерий-симбионтов морских животных, я уверен, что такого рода азотфиксирующий симбиоз установился с появлением первых многоклеточных организмов.

Растительноядные животные, точно так же как и сами растения, «поставляют» бактериям и питание, и энергию для фиксации атмосферного азота.

Точно так же, как и с появлением одноклеточных животных — пожирателей бактерий количество последних возросло на порядок, так и с появлением многоклеточных количество одноклеточных возросло, только не на порядок, а на несколько порядков. Выясняется, что и клеткам многоклеточного организма и их микрорганизмам-симбионтам было за что бороться — они получили стабильность условий проживания, в первую очередь, стабильность питания.

Первые клетки многоклеточных объединялись вокруг кишечной полости, или можно сказать, что они перво-наперво создали кишечную полость. Надо ещё отметить, что объединение это было совсем не таким, как мы его представляем. Клетки не прилепились друг к другу всей поверхностью, а соединились с помощью мембран, и в межтканевом пространстве продолжал плескаться Древний Океан, и каждая клетка как бы продолжала жить в привычной ей океанической среде. Но весь многоклеточный организм отделился от внешней среды  прочной многослойной мембраной. Мембрана, как я уже отмечал,— это неотъемлемый атрибут жизни, и на старую загадку, что появилось раньше — курица или яйцо, я бы ответил: мембрана.

Так возникла внутренняя среда организма. Постоянство внутренней среды — вот чего достигли одноклеточные организмы, став многоклеточными существами. В выигрыше оказались и микроорганизмы-симбионты. Многоклеточные существа всегда состоят из макроорганизма и поликолоний микроорганизмов.

Любая клетка многоклеточного существа получила максимально комфортную среду обитания. Многоклеточные животные могут передвигаться не только в поисках пищи, но и мигрировать при климатических переменах. Так многоклеточные обрели независимость. «Постоянство внутренней среды организмов — есть основа свободной независимой жизни»,— написал К. Бернар.

Но комфортное состояние клеток продолжается до той минуты, пока многоклеточный организм живёт. И клетки многоклеточного организма, и их союзники микроорганизмы-симбионты должны уметь защищать себя. Макроорганизм живёт в макромире и в какой-то мере потерял возможность управлять своим организмом на клеточном уровне. Многоклеточные появились в мире, где полными хозяевами были микроорганизмы. Одни микроорганизмы оказались заинтересованными в жизни этого многоклеточного, другие — в его смерти. И на помощь первым многоклеточным пришли микроорганизмы-симбионты.

Многоклеточные существа, у которых не было подобных связей, оказывались беззащитными и слишком быстро гибли в этом суровом мире одноклеточных существ.

Микроорганизмы, поселившиеся на слизистой оболочке, как перчатка обволакивающей многоклеточный организм, получили не только питание, но и регулируемые: тепло, кислотность, и другие, порою нами неоцененные, удобства.

Почти полтора миллиарда лет отрабатывалась согласованность действий клеток многоклеточного организма друг с другом и с микроорганизмами-симбионтами.

Переход от одноклеточных к многоклеточным был самый долгим и самым трудным в Истории живых организмов.

Первые многоклеточные возникали и исчезали именно до поры, пока не было отработано это взаимодействие макроорганизм-микроорганизм, взаимодействие, ставшее обязательной частью иммунной системы любого организма.

И случилось это примерно 570 миллионов лет назад, когда почти одновременно появились все типы беспозвоночных и иглокожих.

Я бы хотел отметить, что по мнению современной науки планета Земля появилась где-то 5 миллиардов лет назад, первые бактерии появились где-то через 2 миллиарда лет, на создание эукариотической клетки ушел ещё миллиард лет,  многоклеточные в их современном обличье появились примерно ещё через 1 миллиард 430 миллионов лет. На создание дальнейшего многообразия у Создателя ушло намного меньше времени, сил и энергии.

Правила устройства многоклеточного существа

1.    Каждая клетка обладает абсолютной компетентностью — генетическим кодом — описывающим устройство всего организма.

2.    Каждая клетка многоклеточного организма высокоспециализирована и в своей жизнедеятельности пользуется той частью генетического кода, которая соответствует этой специализации.

3.    Каждая клетка имеет доступ к единому источнику питания — тканевой жидкости, омывающей клетки.

4.    Все клетки ведут себя, как партнеры по трофической цепи.

5.    Состав тканевой жидкости, из которой получает питание клетка, постоянен, но разные клетки получают разное питание. Различие состава тканевой жидкости обеспечивается всевозможными барьерами и мембранами.

6.    Многоклеточный организм гарантирует каждой клетке постоянство ее среды обитания. Тканевая жидкость является внутренней средой многоклеточного организма.

7.    Любой многоклеточный организм обладает транспортными системами для перемещения продуктов питания и экскреции метаболитов.

8.    В каждой клетке идут многочисленные обменные процессы, все обменные процессы в клетке происходят при участии белковых катализаторов (ферментов).

9.    Вся жизнедеятельность клеток регулируется ферментами.

10. Ферменты обладают специфичностью, т. е. один фермент катализирует обычно только одну реакцию. Поэтому в клетке одновременно присутствует множество ферментов.

11. Каждая клетка живет собственной жизнью: рождается, действует, умирает, оставляет потомство.

12. Каждая клетка имеет прямую и обратную связь с организмом.

13. Каждая клетка получает информацию о том, что происходит в соседних клетках и в организме.

14. Продукты обмена (метаболиты) являются сигнальными молекулами и регуляторами жизнедеятельности партнеров по трофической цепи.

15. В своих системах связи организм использует как химические, так и электромагнитные сигналы, передаваемые по нервным волокнам.

16. Неблагополучие любой клетки отдается в организме болью и требует незамедлительного решения.

17. Многоклеточный организм имеет многочисленные системы связи, обеспечивающие сбор, переработку и хранение информации, и этим обеспечивает единство организма.

18. Многоклеточный организм имеет систему тонкой регулировки внутренней среды и реагирует на любые изменения во внешней среде таким образом, чтобы сохранить постоянство внутренней среды.

19. На  любые изменения внешней среды многоклеточный организм  отвечает адекватным согласованным действием, в котором принимают участие все клетки организма. Динамическое равновесие — постоянство внутренней среды — обеспечивается подвижной и тонкой системой компенсаций.

20. Посредником между внутренней и внешней средой многоклеточных организмов являются микроорганизмы-симбионты.

21. Продукты обмена микроорганизмов-симбионтов являются сигнальными молекулами, несущими информацию об изменениях во внешней среде, и поэтому являются регуляторными веществами для многоклеточного организма.

22. Микроорганизмы-симбионты отвечают за адаптацию, за иммунное узнавание новых антигенов и за адекватный иммунный ответ организма на их вторжение.

23. Микроорганизмы-симбионты кодируют клетки макроорганизма на синтез новых антител, комплементарных формам антигена, способных прикрепляться к антигенам и обеспечивающих иммунное узнавание и уничтожение антигенов.

24. Новая генетическая информация, вырабатываемая микроорганизмами-симбионтами, встраивается в геном клеток организма с помощью вирусов и плазмид.