Кровеносная система

Необходимым условием существования высокоорганизованных крупных многоклеточных организмов является наличие жидкой подвижной внутренней среды, которая обеспечивает интеграцию организма в целостную систему, выполняя транспортные функции. Эти функции являются основными для кровеносной системы. Конкретная функция кровеносной системы зависит от того, что она транспортирует: питательные вещества, кислород, углекислый газ, другие продукты диссимиляции или гормоны. Кровеносная система всех хордовых замкнутая и состоит из двух основных артериальных сосудов: брюшной и спинной аорт. По брюшной аорте венозная кровь продвигается кпереди, обогащается кислородом в органах дыхания, а по спинной — кзади. Из спинной аорты кровь через систему капилляров возвращается по венам в брюшную аорту. Брюшная аорта или ее часть, периодически сокращаясь, проталкивает кровь по сосудам.

Строение кровеносной системы водных (А) и наземных (Б) позвоночных:

1 —жаберные артерии, 2—сонная артериям—передняя кардинальная вена, 4— задняя кардинальная вена, 5— спинная аорта, 6— кювьеров проток, 7—подкишечная вена, 8— печеночная вена, 9—брюшная аорта, 10— задняя (нижняя) полая вена, 11 —воротная вена печени, 12— легочная вена, 13— легочная артерия; стрелками указано направление движения крови

Эволюция общего плана строения кровеносной системы хордовых.

У ланцетника кровеносная система наиболее проста. У ланцетника кровеносная система является замкнутой, но сердца еще нет; его функцию выполняет передний отдел крупного сосуда в виде брюшной аорты Круг кровообращения один. Несмотря на простоту кровеносной системы в целом, уже у ланцетника имеются основные магистральные артерии, характерные для позвоночных, в том числе для человека: это брюшная аорта, преобразующаяся позже в сердце, восходящую часть дуги аорты и корень легочной артерии; спинная аорта, становящаяся позже собственно аортой, и сонные артерии. Основные вены, имеющиеся у ланцетника, также сохраняются у более высокоорганизованных животных.

Более активный образ жизни рыб предполагает более интенсивный метаболизм. В связи с этим на фоне олигомеризации их артериальных жаберных дуг в конечном счете до четырех пар в них отмечается высокая степень дифференцировки: жаберные сосуды распадаются на капилляры, пронизывающие жаберные лепестки. В процессе интенсификации сократительной функции брюшной аорты часть ее преобразовалась в двухкамерное сердце, состоящее из предсердия и желудочка и располагающееся под нижней челюстью, рядом с жаберным аппаратом. В остальном кровеносная система рыб соответствует строению ее у ланцетника.

В связи с выходом земноводных на сушу и появлением легочного дыхания у них возникает два круга кровообращения. Соответственно этому в строении сердца и артерий появляются приспособления, направленные на разделение артериальной и венозной крови. Перемещение земноводных в основном за счет парных конечностей, а не хвоста обусловливает изменения в венозной системе задней части туловища.

Сердце амфибий расположено рядом с легкими; оно трехкамерное, но, как и у рыб, от правой половины единственного желудочка начинается единственный сосуд — артериальный конус, разветвляющийся последовательно на три пары сосудов: кожно-легочные артерии, дуги аорты и сонные артерии. Как и у всех более высокоорганизованных классов, в правое предсердие впадают вены большого круга, несущие венозную кровь, в левое— малого с артериальной кровью. При сокращении предсердий в желудочек, внутренняя стенка которого снабжена большим количеством мышечных перекладин, одновременно попадают обе порции крови. Из желудочка смешенная кровь разносится по всему организму.

В кровеносной системе пресмыкающихся возникают следующие прогрессивные изменения: в желудочке их сердца имеется неполная перегородка, затрудняющая смешение крови, поступающей из правого и левого предсердий; от сердца отходит не один, а три сосуда, образовавшихся в результате разделения артериального ствола. Результатом этих приобретений является возможность снабдить головной мозг и передние конечности артериальной кровью.

У млекопитающих имеется четырёхкамерное сердце. Оно состоит из правого и левого желудочков, а также правого и левого предсердий. Камеры сердца сообщаются между собой и с магистральными сосудами при помощи клапанов. Сердце обеспечивает снабжение тканей тела кислородом и питательными веществами, освобождая их от продуктов распада. Артерии имеют упругие стенки, вены снабжены внутри клапанами. У млекопитающих имеется одна (левая) дуга аорты.

Ну а теперь перейдем к проблеме происхождения человека. Правда тут встает вопрос - с чего начать? От кого произошел человек. От обезьяны? От какой? А обезьяна от кого? Поэтому, чтобы не мудрствовать лукаво, начнем прямо с происхождения жизни.

Вообще говоря, строго научного анализа процесса происхождения жизни на Земле провести нельзя. Н. В. Тимофеев-Рисовский по этому поводу шутил: “Я был маленьким и не запомнил”.

В современной науке есть очень много гипотез возникновения жизни на Земле. Рассмотрение всех этих умопостроений заняло бы не одну пару. Поэтому здесь будет изложена концепция, которая нам понадобится для дальнейших рассуждений. Это, впрочем, не значит, что она единственно правильная. Просто некоторые особенности нашей с вами жизни очень хорошо согласуются с теорией эгоистичного гена, а Ричард Докинз, один из авторов этой теории, рассматривал именно этот путь возникновения жизни.

Несколько миллиардов лет назад на Земле не было живых систем. Однако была вода с растворенными в ней веществами. Были источники энергии в виде вулканов, электрических разрядов и т.п. Короче говоря, были все условия для разнообразных химических реакций, которые приводили к возникновению новых веществ. Вновь возникшие вещества подвергались... естественному отбору. Да, не удивляйтесь. Кто сказал, что естественный отбор свойственен только живому. Естественный отбор живого - это лишь частный случай общего принципа отбора на стабильность системы. Те молекулы веществ, которые были стабильны в данных условиях, сохранялись и вступали в новые реакции. Все это длилось много миллионов лет. Но за такие гигантские промежутки времени, когда происходит постоянное испытание отбором все новых и новых систем, возможно, что произойдет некоторое сверхредкое событие. Докинз предположил, что таким исчезающе маловероятным событием было возникновение молекулы-репликатора. Эта молекула была способна, поглощая вещества из первичного бульона, строить молекулу, которая была копией исходной молекулы. Собственно, это предположение можно считать единственным более или менее голословным предположением во всех остальных построениях теории эгоистичного гена.

Вновь образовавшаяся молекула, будучи копией первой, стала тоже поглощать вещества из среды и строить новые репликаторы. Молекулы-репликаторы были построены из самых массовых веществ первичного бульона. Эта система, раз возникнув, может исчезнуть только тогда, когда будут исчерпаны ресурсы - вещества, необходимые для построения новых репликаторов или если эту молекулу поглотит в качестве ресурса какой-нибудь другой репликатор.

Однако, построение копии сложной системы (а такая система должна быть сложна, так как известные ныне простые молекулы не способны к репликации) маловероятно без мелких искажений. Поэтому имманентным свойством репликаторов оказалось разнообразие. Но где разнообразие, там и отбор. Отбор неизбежно должен был поддержать такие репликаторы, которые наиболее эффективно создавали собственные копии, используя при этом ресурсы окружающей среды. Это и определило главное направление эволюции репликаторов - а именно “поиск” ими механизмов собственного выживания и механизмов наиболее эффективного воспроизводства своих копий. То есть, репликатор неизбежно должен был быть эгоистичной системой, “заботящейся” только о своем выживании. Для этих целей репликаторы могли вступать в союзы, образуя конгломераты, выживаемость которых была выше, а стало быть, и выживаемость отдельных репликаторов тоже была высока. Весьма вероятно, что отголосками той далекой эпохи, когда репликаторы существовали в описанном выше виде, являются современные вирусы и фаги, которые по сути дела являются сложными реплицирующимися молекулярными системами.

Вероятно, самой значимой вехой на пути эволюции репликаторов было образование машин выживания. Таковой могла оказаться фосфолипидная капля, защищавшая репликаторы от других репликаторов, которые могли к этому времени “научится” использовать другие подобные им молекулы как ресурс для построения собственных молекул. Кроме того, эта капля могла накапливать в себе все необходимые для репликаторов ресурсы. Так возникла клетка, которой суждено было стать “роботом”, служащим для выживания репликатора, который в ней сидит и ее же и формирует.

Собственно, главное отличие теории Докинза от всем хорошо знакомой теории Опарина заключается в том, что репликаторы-гены создали клетку, а не наоборот. Но это маленькое отличие имеет большие последствия. Докинзовская клетка, ее жизнедеятельность, подчинена генам. Гены создают ее фенотип. Причем в фенотип входит не только то, как эта клетка выглядит, но и то, как она взаимодействует со средой и с другими клетками. То есть, поведение машины выживания направлено на повышение вероятности выживания эгоистичных генов, которые в ней сидят и ей управляют.

На каком-то этапе эволюции репликаторов и, соответственно, их роботов выживания, отбор привел к тому, что наиболее вероятным стало выживание не одной клетки, а некоторой колонии клеток. Или, если хотите, возникновение многокомпартментной сложно дифференцированной машины выживания.

С этого момента мы можем начать рассматривать родословную человека, так как многоклеточные машины выживания - это уже представители одного из трех царств: Растения (Plantae), Грибы (Fungy) или животные (Animalia).

Первым многоклеточным животным, согласно наиболее устоявшимся в зоологии взглядам, была фагоцителла. Эта вымершая ныне форма, вероятно, вела планктонный образ жизни, плавая в толще воды с помощью ресничек внешнего слоя клеток. Внутренние клетки в движении не участвовали, но отвечали за поддержание стабильности внутренней среды и переваривание пищи.

Дальнейшая эволюция потомков фагоцителлы в общих чертах нами уже рассмотрена. Напоминаю лишь общую схему филогенеза животных, а интересующихся слушателей адресую к специальной литературе. Приведенная схема демонстрирует, что огромное количество животных ни в коей мере не могут являться нашими предками. Не было у нас предков ни в лице кишечнополостных, ни в лице плоских червей, ни кольчатых червей и их потомков членистоногих. Не были нашими предками и “классические” пресмыкающиеся и их потомки птицы.

Предками же человека, как млекопитающего, были лишь немногие формы животных: какие-то фагоцителлообразные организмы; вероятно мы имели общего предка с гребневиками; диплеврулообразные животные; низшие хордовые (вероятно, близкие к оболочникам); рыбы, причем не все, а только так называемые лопастеперые (двоякодышащие и кистеперые рыбы); амфибии; зверозубые ящеры и, наконец, примитивные плацентарные млекопитающие.

А теперь поразмышляем о более поздних предках человека.