Текст книги "Наука о живом. Современные концепции в биологии"

Автор книги: Питер Медавар

Соавторы: Джин Медавар
сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 15 страниц)

Информация и порядок связаны между собой самым прямым образом, и это напоминает нам о том, что понятие информации заимствовано биологией из теории связи. Совершенно ясно, что информация в сообщении, например в телеграмме или письме, зависит от порядка слов и от порядка букв в словах, и, чем более многочисленны возможные их комбинации, тем больше информационная емкость письма или телеграммы. Шумы прямо противоположны информации – это, так сказать, случайность или беспорядочность. Сигнал, который не несет информации в том контексте, в котором ее ожидают, отбрасывается как шум. Это описание и в техническом, и в повседневном смысле слова вполне приложимо, например, к потрескиваниям и странному бормотанию эфира, которыми {20} иногда сопровождаются радиопрограммы, в равной степени оно приложимо и к «снегу», вдруг прерывающему телепередачи. Если шумовые сигналы настолько приглушены, случайны и неоднородны, что мысль, будто они несут информацию, можно сразу отбросить, мы называем их белым шумом: таков, например, звук (словно мириады мышей грызут кукурузные хлопья), нередко сопровождающий междугородные телефонные разговоры. Всякий шум представляет собой вторжение в информационную систему элемента, нарушающего порядок.

Истину, заключенную во втором законе термодинамики, можно, в частности, выразить таким образом: общая тенденция протекания всех естественных процессов в мире направлена на увеличение случайного и беспорядочного; равномерное распределение тепла по Вселенной представляет собой последний этап распространения неупорядоченности.

Нередко приходится сталкиваться с довольно наивным предположением, что, поскольку процесс развития и эволюции подразумевает увеличение видимого порядка, значит, живые организмы ухитряются в каком-то смысле обойти или обмануть второй закон термодинамики (этот вопрос более подробно рассматривается в других работах*). Хотя на самом деле живые организмы ему все же подчиняются, в определенном смысле можно сказать, что они смеются над его духом, если и не над буквой, – ведь эволюция и развитие обычно сопровождаются увеличением упорядоченности и сложности. Однако не следует заходить в этом утверждении слишком далеко, поскольку увеличение видимой сложности в процессе развития частично является своего рода картированием одной формы порядка в другой – переходом генетической информации, содержащейся в нуклеиновых кислотах хромосом, в иную форму порядка, воплощенную в специфических белках, ферментах, а также в структурах организма (см. гл. 10). В любом случае второй закон термодинамики приложим только к замкнутым системам – к таким, в которых не существует никакого обмена веществом или энергией с {21} внешней средой. А все живые организмы в термодинамическом отношении являются открытыми системами, и происходящее в них увеличение упорядоченности оплачивается общим увеличением беспорядка в их окружении (см. великолепную книгу Э. Шредингера «Что такое жизнь? С точки зрения физика»).

Кибернетика и обратная связь. Среди наиболее плодотворных концепций, появившихся в биологии за последние годы, следует назвать кибернетические (термин «кибернетика», которым американский ученый Норберт Винер назвал теорию контроля или теорию управления, употребляется как в техническом, так и в биологическом контексте).

Теория контроля проявляется в биологии повсюду, имеем ли мы дело с температурой тела, с содержанием соли в крови, кровяным давлением, частотой пульса, с точной регулировкой концентрации гормонов в организме и т. д.

Обратная связь (термин, постоянно употребляемый в биологии) определяет один из важнейших механизмов контроля. Обратная связь – это контроль – над действием через последствия совершенного действия. Примером отрицательной обратной связи в ее наиболее обычной форме может служить выключение источника тепла, когда температура достигает определенного уровня, а в биологической системе – купирование каким-то гормоном выработки гипофизом тропного гормона (см. гл. 17), который стимулирует синтез первого гормона. В обычном гуле вечеринки люди повышают голос, чтобы собеседники их услышали, а это увеличивает общий шум в комнате, и им приходится кричать все громче и громче, чтобы их «хоть кто-то услышал. И так продолжается до тех пор, пока присутствующие наконец не скажут себе «Терпеть не могу вечеринок», – и не уйдут. Это пример положительной обратной связи, процесса принципиально неустойчивого и в экстремальных случаях ведущего к саморазрушению. В биологии саморазрушающий характер положительной обратной связи иллюстрируют некоторые формы аутоиммунных заболеваний (см. гл. 13). Если в результате повреждения какого-либо органа начинается саморазрушительный иммунный процесс, то этот процесс сам по себе причиняет {22} организму дополнительный вред, делая иммунную реакцию еще более интенсивной. В логике и в научной методологии отрицательная обратная связь является основой процесса, путем которого гипотеза изменяется в зависимости от ее логической «отдачи», т. е. в зависимости от того, насколько вытекающие из нее законы или предсказания соответствуют реальности; такая параллель четко иллюстрирует тот элемент «управления» в научных исследованиях, который можно представить себе как один из способов ориентировки в окружающем мире. Приведенные примеры достаточно наглядно показывают, что понятия кибернетики приложимы практически повсюду.

Циклы. Биологические науки заметно отличаются от физических не только тем значением, которое имеют для них иерархическая организация, зависимость от времени и всеобщая подчиненность идее специфичности. Всю биологию на всех ее уровнях пронизывает еще одно понятие – понятие о циклах. Биологический процесс в целом – это циклы, включающие циклы, которые в свою очередь включают циклы… Самыми важными, естественно, являются циклы, определяемые влиянием космоса, – сезонные и суточные: вся деятельность живых организмов определяется ими и приспосабливает к ним свои ритмы. Многие биологические циклы представляют собой процессы регенерации, и главнейший из них – это цикл, включающий рождение, созревание, воспроизведение, старение и смерть. У микроорганизмов, таких, как бактерии, и у многих клеток цикл воспроизведения непрерывен, но у более крупных организмов он чаще носит сезонный характер.

Регенеративный и обновительный характер циклических биологических процессов особенно ярко иллюстрируют великие циклы многократного использования, синтеза и распада, в которых участвуют азот, кислород, углерод и фосфор – химические элементы, представляющие собой исходные компоненты биосферы. Азот составляет около 80 % атмосферы, и его соединения являются основой всего живого. И тем не менее живые организмы не способны захватывать азот прямо из атмосферы. Исключение составляют некоторые бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми {23} растениями*. Вот почему такую колоссальную важность имеет промышленное связывание атмосферного азота при изготовлении искусственных удобрений, производство которых достигает миллионов тонн в год.

Азотистые соединения переходят по цепи питания из одного организма в другой, и в конечном счете газообразный азот возвращается в атмосферу при денитрификации, которая сопровождает последние стадии разложения и гниения живых организмов. В развитых промышленных странах происходит значительная потеря азота из-за недостаточного или неправильного использования сточных вод, хотя они особенно богаты азотистыми соединениями.

Кислородный и углеводный циклы тесно связаны между собой. В обоих циклах участвуют атмосферный углекислый газ и атмосферный кислород (составляющие соответственно около 0,3 и 20 % атмосферы). Связанные в цепи атомы углерода образуют каркас всех структурных молекул организма (см. гл. 10), а потому не удивительно, что в угле и в другом ископаемом топливе скрыто гораздо больше углерода, чем его содержится в живых организмах. Этот углерод возвращается в атмосферу при горении – протекающем с участием кислорода процессе, при котором углерод превращается в углекислый газ. Углеродный и кислородный циклы пересекаются в фотосинтезе – процессе, при котором энергия солнечного света превращает воду и атмосферный углекислый газ в углеродные соединения, известные как углеводы. Фотосинтез сопровождается выделением кислорода, а кислород непосредственно используется для дыхания и растениями, и животными. Наиболее важные (ввиду своей многочисленности) организмы, которые захватывают углекислый газ и высвобождают кислород, – это деревья в лесах и микроскопические водоросли, плавающие на поверхности океана, т. е. фитопланктон. На определенной глубине в море количество углекислого газа, выделяемого при дыхании, точно соответствует количеству углекислого газа, {24} потребляемого при фотосинтезе, – это так называемая компенсационная точка.

Гомология. Одно из наиболее важных понятий в биологии – это гомология, т. е. сходство по основному плану строения или выполняемой функции, которое объясняется общностью происхождения, параллельной генетической детерминацией или связью, обусловленной тем, что данные органы являются завершением одного какого-то эволюционного ряда.

Начавшийся с простой пятилучевой (пятипалой) структуры процесс развития, создающий у рыб грудной плавник, у птиц видоизменился в процесс развития, который создает крыло, а у млекопитающих – в процесс, который создает переднюю конечность. Таким образом, грудной плавник, крыло и передняя конечность – гомологичные органы. Другим примером гомологии являются крошечные тонкие косточки, передающие вибрацию от барабанной перепонки к слуховому органу, и кости, которые когда-то поддерживали челюсть. Точно так же щитовидная железа млекопитающих гомологична тому органу, который у низших хордовых вырабатывает слизь и выбрасывает ее на внутреннюю поверхность жаберной полости, чтобы улавливать мелкие частицы пищи из протекающей через жабры воды. Во всех этих случаях важно помнить, что тут имеет место не превращение одного органа в другой – по меньшей мере наивно говорить о превращении плавников в конечности, – а эволюция одного процесса развития в другой процесс. После появления работ Дарвина многие биологи сочли важнейшей своей задачей выявление гомологии как дополнительного доказательства теории эволюции (на той же позиции все еще стоят те консервативные учебные заведения, где основой преподавания зоологии остается сравнительная анатомия).

На одном из самых первых занятий по сравнительной анатомии начинающий узнает, что животные, в свое время довольно произвольно объединенные в группу копытных (Ungulata), в частности лошади, коровы, овцы, свиньи, жирафы и олени, ходят на кончиках пальцев, поскольку их копыта гомологичны ногтям (ungulae) и когтям млекопитающих других групп и имеют тот же химический состав. Привычка ходить на цыпочках сопровождается изменением костной {25} структуры конечности – «руки» или «ноги» соответственно. У копытных сустав, который профаны именуют «коленом», на передней ноге гомологичен запястью, а на задней – голеностопному суставу. Пальцы передней и задней конечностей редуцировались, что увеличило механическую эффективность этих конечностей. Главный палец передней ноги непарнокопытных (лошади, например) соответствует среднему пальцу, а второй и четвертый превратились в рудименты, не достающие до земли; на передних же ногах парнокопытных оставшиеся пальцы соответствуют нашим среднему и безымянному. Как легко заметить, изучение гомологии вносит порядок и смысл в то, что иначе выглядело бы огромной беспорядочной грудой зоологической информации.

Гомология конечностей копытных очень проста, и более продвинувшийся в своих занятиях студент-биолог – во всяком случае, обучающийся там, где сравнительной анатомии отводится надлежащее место, – может заняться, скажем, такой проблемой, как топография передней части головы позвоночных; кстати, эта проблема принадлежит к числу тех, которые профану кажутся смешными, хотя на самом деле открывают возможность для исследований и рассуждений, не лишенных определенной элегантности. Передний конец головы анатомически определяется передней частью сегментированных мышечных блоков, которые заполняют тело позвоночного от одного конца до другого, передними окончаниями двигательных нервов, иннервирующих эти мышцы, и самой передней точкой таких продольно вытянутых структур, как хорда и нервный тяж, или же органами, которые являются форпостом этих структур, такими, например, как задняя доля гипофиза. Анатомическая идентификация передней части головы позволяет лучше понять поразительную эволюцию высших нервных центров высокоразвитых позвоночных, приведшую к колоссальной гипертрофии, которая выплеснула элементы мозга за пределы анатомической передней части головы. Ценность сравнительной анатомии заключается в том, что она помогает лучше понять систему живой природы: глуп тот, кто смеется над ней, и сам себе вредит тот, кто ее недооценивает. {26}

Сравнительная анатомия утратила ту важность, которой она обладала прежде, главным образом потому, что основная часть исследований в этой области уже была выполнена крупнейшими немецкими зоологами конца прошлого века, в особенности Гегенбауэром и Вийхе, и их весьма почтительными и трудолюбивыми британскими учениками, такими, как зоолог Эдвин Гудрич и член Лондонского королевского общества профессор Эдвин Рей Ланкестер, которые, по слухам, послужили А. Конан-Дойлю прототипами доктора Саммерли и профессора Челленджера в романе «Затерянный мир». Современное нетерпеливое отношение к столь неторопливым исследованиям, каких требует сравнительная анатомия, не должно затушевывать того факта, что сравнительная анатомия – это трудоемкая и по-своему очень красивая дисциплина. Можно даже сказать, что крупнейшие специалисты превращали ее в настоящее биологическое искусство: биолог, который не оценит книги Эдвина Гудрича «Исследование строения и развития позвоночных»* и не придет от нее в восхищение, заслуживает только сожаления.

Несколько слов о микроскопах. Хотя микроскоп открыл целый мир мельчайших организмов, не следует преувеличивать важности обычной оптической микроскопии и вообще возможности смотреть на предметы, вместо того чтобы изучать их другими способами. Как мы узнаем ниже, открытие хромосом и генов зависело от возможности видеть их не более, чем открытие атомов и молекул; существование генов было известно задолго до того, как были обнаружены видимые особенности хромосом, которые можно было бы ассоциировать с генами. Обычный оптический микроскоп имеет тот недостаток, что с его помощью нельзя увидеть предмет, размеры которого меньше длины волны видимого света. Используя излучение с более короткой длиной волны, например ультрафиолетовое, и специальные пропускающие его линзы, мы можем увидеть более мелкие объекты; однако действительный переворот в микроскопии произошел с созданием электронного микроскопа, который {27} с помощью магнитных полей фокусирует и направляет обладающие большой проникающей способностью пучки электронов точно так же, как видимый свет направляется, рассеивается или собирается в одну течку с помощью линз. Но и у электронной микроскопии есть свои минусы: главный из них заключается в том, что исследуемый материал должен быть абсолютно высушенным и находиться в полном вакууме, а срезы исследуемых тканей приходится делать настолько тонкими, что их изготовление требует исключительного мастерства. И тем не менее, несмотря на эти неудобства, электронная микроскопия раскрыла перед нами новый мир кристаллических систем внутри живой клетки. Для целей микроанатомии самый мощный электронный микроскоп с самой высокой разрешающей способностью* не обязательно окажется самым лучшим. Электронного микроскопа со средней разрешающей способностью вполне достаточно для самой детальной микроанатомии (ее не следует путать с молекулярной анатомией), тогда как микроскоп с очень большим увеличением может в этих случаях ничего не дать: так, наблюдатель гораздо больше узнает о форме и снаряжении приближающегося корабля, глядя в обычный бинокль, чем употребив подзорную трубу такой мощности, что в нее будут видны щетинки на подбородке капитана. За последние годы при умелом использовании электронного микроскопа неожиданно легко удалось увидеть крупнейшие биологические молекулы, такие, как молекулы антител, а с использованием микроскопа высокой разрешающей способности была почти полностью изучена структура одного из вирусов – аденовируса 12.

Глава 2 Биогенез и эволюция

Среди принципов биологии наиболее безоговорочно установлен, и вряд ли когда-нибудь подвергнется пересмотру, принцип биогенеза – утверждение, что все живое происходит от живого. За каждым живым организмом наших дней лежит длинная цепь предков, тянущаяся непрерывно до самого начала биологического времени. В своей отрицательной форме этот принцип означает, что не существует никакого самопроизвольного зарождения, например самозарождения бактерий из разлагающихся органических веществ или простейших из сенного настоя. Как известно, Луи Пастер, величайший из биологов-экспериментаторов, провел ряд блестящих опытов, которые опровергли теорию самопроизвольного зарождения бактерий и легли в основу другой, гораздо более привлекательной гипотезы, утверждавшей, что бактерии, столь бурно размножающиеся, например, в теплом мясном бульоне, происходят от организмов, попадающих туда из воздуха. Это открытие, медицинское значение которого сразу понял английский хирург Джозеф Листер, лежит в основе всех антисептических и асептических методов современной хирургии.

Принцип биогенеза приложим не только к организму в целом, но и к некоторым из составляющих его частей. Так, клеточные органоиды, которые называются митохондриями, не возникают заново благодаря какому-то протекающему в клетке синтезу, но всегда происходят от ранее существовавших митохондрий. Биогенез не подразумевает эволюции, но эволюционные связи, естественно, подразумевают биогенез. В обычное понятие биогенеза нередко вкладывается еще дополняющее его понятие гомогенеза – т. е. идеи, что подобное порождается подобным. {29} В широком смысле слова такое уточнение оправданно, хотя теория эволюции и вынуждает, нас вносить в него некоторые частные поправки. Так, потомком мыши будет мышь, а потомком человека – человек. Никаких причудливых гетерогенезов никогда не случается – вопреки всевозможным экстравагантным представлениям, бытовавшим в те дни, когда эмпирическая точность еще не считалась необходимым или хотя бы желательным качеством претендующего на достоверность изложения фактов; самым знаменитым было поверье, будто утки могут рождаться из таких симпатичных представителей класса ракообразных, как морские уточки (Lepas anatifera). Подобные представления относятся к области «поэтизма» – способа мышления, который вызывает у ученых такое же негодование, какое наиболее нелепые сумасбродства компьютеризованной литературной критики вызывают у любителей литературы.

Эволюция и систематика. Сэмюэл Тейлор Колридж заявил однажды, что зоологии грозит опасность полностью развалиться под тяжестью накопленной ею огромной массы неупорядоченных фактов. Однако эволюционная гипотеза* внесла порядок и связность в ту гигантскую хаотичную груду информации, которой представлялась Колриджу современная ему зоология. Эту гипотезу можно рассматривать как поправку к принципу биогенеза, гласящему, что подобное порождается подобным. Она утверждает, что все существующее разнообразие форм жизни возникло в результате прогрессирующего расхождения в процессе биогенеза. Хотя в целом верно, что потомком мыши будет мышь, а потомком человека – человек, время от времени возникают отклонения, которые задним числом можно рассматривать как источник новых видовых форм. Именно возникновению этих отклонений и поддерживавшим их процессам мы обязаны всем разнообразием форм, которые сейчас существуют на Земле. Школьные «доказательства» {30} происходившей в прошлом эволюции относятся к тому же сорту, что и «доказательства» шарообразности Земли, которые мы учили в первых классах школы. Однако принятие эволюционной гипотезы зависит не от этих так называемых доказательств. Наоборот, эволюционная гипотеза пропитывает всю биологическую науку, лежит в ее основе и придает ей осмысленность точно так же, как идея шарообразности Земли пронизывает всю геодезию, науку о кораблевождении и изучение времени. Эволюционная гипотеза неотъемлемо входит в основу основ способа мышления в биологии. Только эволюционная гипотеза придает смысл несомненной взаимосвязи организмов, явлениям наследственности и путям развития. Биолог может мыслить только эволюционно – другой альтернативы для него не существует. Механизмы эволюции мы рассмотрим ниже.

Назначение биологической систематики заключается в том, чтобы давать живым организмам названия и располагать эти названия в таком порядке или по такой системе, которые покажутся правильными даже биологу с сугубо таксономическими склонностями. Все живые организмы разделяются прежде всего на царства – растений и животных – и затем уже менее монархически на типы*. Члены одного типа объединяются по признаку сходства общего плана строения независимо от различия в деталях. Хороший пример этого представляет собой тип членистоногих (Arthropoda), включающий ракообразных и насекомых, которые сходны между собой в том отношении, что обладают сегментированным телом, «наружным скелетом» и расчлененными придатками. Еще одним фундаментальным сходством между ними является строение нервной системы, которая тянется по середине брюшной стороны тела и в каждом сегменте образует ганглии (нервные узлы) с нервами, отходящими к придаткам. Кроме того, их система кровообращения принадлежит к так называемому незамкнутому типу, поскольку кровь, лишь очень слабо снабжающая ткани кислородом, не течет по анатомически {31} выделенным каналам, таким, как артерии и вены, а скорее просачивается сквозь ткани, прежде чем вернуться к сердцу, которое расположено ближе к спине, – в отличие от сердца позвоночных, расположенного на брюшной стороне тела.

Беспозвоночные*, с одной стороны, представлены такими типами, как членистоногие, черви, правильно так называемые (Annelides – кольчатые черви, включающие дождевого червя, чье полезное трудолюбие и скромность могли бы послужить хорошим примером для всех нас), и черви, называемые так неправильно, т. е. круглые (Nematodes) и плоские черви, многие из которых являются паразитами. С другой стороны, некоторые группы беспозвоночных в противоположность членистоногим родственны хордовым**, включающим позвоночных, в том числе нас с вами, – некоторыми чертами очень раннего развития и наличием большой, нередко разделенной на три части внутренней полости, так называемого целома, который лежит между соединительной тканью внешней стенки тела и соединительной тканью, окружающей и поддерживающей внутренние органы. Группы, которые принадлежат по происхождению к хордовым и среди которых, каким невероятным это ни кажется, мы должны искать современных представителей наших далеких предков, – это иглокожие, в частности морские ежи, морские звезды и морские огурцы, а также форониды, щетинкочелюстные*** и большая группа асцидий, чья близость к хордовым для профессиональных зоологов настолько очевидна, что они всегда классифицируют их как хордовых. Таким образом, среди всех беспозвоночных можно выделить два основных потока эволюции и две большие родственные группы: одну, основу которой составляют кольчатые черви и членистоногие, и другую, тяготеющую к хордовым и позвоночным. {32}

Мы уже упоминали о таксономическом различии понятий тип и класс. Дальнейшее подразделение животных включает отряды, семейства, роды, виды и особи; каждое из этих основных подразделений может быть, естественно, разбито на подчиненные группы, как-то: подтипы, подклассы или подвиды, – но все это лежит за пределами нашей темы.

Рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы я млекопитающие – вот классы позвоночных, а насекомые, ракообразные и паукообразные – классы членистоногих.

Подразумевается, что все отряды имеют равное таксономическое значение или важность в царстве животных. Совершенно ясно, что члены одного отряда имеют между собой большее сходство, чем то, которое подразумевается их принадлежностью к одному классу. К сожалению, невозможно найти для этой степени сходства такое определение, чтобы оно было приложимо ко всему животному царству. Как и многие другие решения, зависящие главным образом от индивидуального суждения, помещение животного в то или иное место систематических таблиц определяется скорее личным опытом или «чутьем», чем правилами, вычитанными из справочников и руководств. Споры о систематике – это почти всегда конфликты между личными суждениями, а потому они часто бывают ожесточенными и предвзятыми. Значение категории, известной как отряд, станет ясным, если вспомнить, что в классе птиц утки, гуси и лебеди составляют один отряд – Anseriformes (гусеобразные), индейки и куры другой – Galliformes (куриные), а совы третий – Strigiformes (совиные); в классе млекопитающих киты и дельфины составляют один отряд; бобры, бурундуки, белки, крысы и мыши – другой; мелкие и крупные низшие обезьяны, люди, шимпанзе и гориллы – все приматы – входят в третий. Внутри отрядов мы считаем принадлежащими к одному роду животных, которые совершенно явно «одного племени», – так, одного племени все крупные кошки. Согласно номенклатуре Лондонского зоологического общества, Panthera leo – это лев, Panthera tigris – тигр, Panthera pardus – леопард, a Panthera panthera – то животное, которое мы обычно зовем пантерой. Эти примеры заодно иллюстрируют {33} введенную Карлом Линнеем бинарную номенклатуру: каждый вид обозначается названием рода – в данном случае Panthera, – за которым следует второе наименование, служащее для того, чтобы отличить, например, льва от тигра. В биологии установлено твердое правило, что вид всегда определяется двумя названиями – родовым и видовым. Видовое название в биологических книгах никогда отдельно не употребляется. Человек, написавший просто amoeba, может не надеяться, что его примут за профессионального зоолога.

Вид – это сообщество дающих или способных давать плодовитое потомство организмов, которое в силу генетических, географических, или поведенческих причин достигло такой степени репродуктивной изоляции, что его организмы характеризуются специфическим расположением и частотой проявления генов. Это популяционно-генетическое определение вида, несмотря на всю свою теоретическую привлекательность, имеет немало изъянов. Если характеристика вида заключается в том, что 55 % его членов обладают геном X, а 90 % – геном Y, то идея индивидуальной принадлежности к виду становится весьма туманной и сохраняется только в статистическом смысле, так что на самом деле членами вида могут быть (или не быть) лишь популяции.

Заявление, будто проблема видового определения уже разрешена, может довести замученного работой музейного систематика до исступления: вид по сути есть облако точек в некоем n-мерном пространстве.

Насекомые. Хотя насекомые – это величайшее достижение эволюции, Дарвин жаловался, что энтомологи, т. е. те, кто их изучает, приняли его концепцию эволюционного развития чуть ли не последними.

Насекомые, вероятно, самые многочисленные и, несомненно, самые разнообразные из всех многоклеточных животных. Соперничать с ними в численности могут разве что крохотные рачки каланусы, главная составная часть планктона, плавающего в верхних слоях океанических вод по всему миру. Насекомые как группа обязаны своим успехом очень высокому темпу размножения и огромному генетическому разнообразию, которые позволили им использовать чуть ли не любую среду, способную поддерживать {34} жизнь, – за исключением моря, где другие животные с тем же самым общим планом строения (т. е. тоже членистоногие), главным образом ракообразные, достигли такого же разнообразия и так же превосходят, всех других численностью. Возможно, именно общий план строения членистоногих и объясняет, почему они так преуспели.

Насекомые, как уже указывалось, обладают замкнутой системой кровообращения и так же, как ракообразные, имеют твердый хитиновый покров – «наружный скелет», что прямо связано с первым упомянутым их свойством: без такой твердой внешней оболочки сокращения сердца, вместо того чтобы гнать кровь, только создавали бы вспучивания на поверхности тела.

Незамкнутая система кровообращения не способствует увеличению внутриклеточного давления, чем и объясняется характерная дряблость и бесформенность внутренних органов насекомых, которая резко контрастирует с упругой округлостью внутренних органов позвоночных.

Наличие наружного скелета имеет для насекомых, и вообще для членистоногих, и другое важное следствие. У позвоночных закрытые костные коробки вроде черепа могут увеличиваться в размерах в результате нарастания костной ткани на их внешней поверхности, сопровождаемого ее исчезновением с внутренней. У членистоногих подобный процесс невозможен, а потому рост их тела обязательно должен сопровождаться периодическим сбрасыванием твердого хитинового покрова – линькой.

Многие насекомые проходят через личиночную стадию, которая занимает значительную часть их жизненного цикла. У этих личинок – например, у гусениц бабочек – в процессе их превращения во взрослую форму происходит глубокая перестройка всего организма (окукливание).

У некоторых насекомых личиночная стадия занимает почти весь их жизненный цикл, и короткоживущие взрослые формы у поденок, например, вообще не питаются и практически представляют собой крылатые органы воспроизведения.

Принято считать, что насекомые развились из организмов, родственных кольчатым червям, и что из {35} современных форм насекомых ближе всего к их эволюционному прототипу стоят те, которые обладают наиболее «обобщенным» строением, в частности прямокрылые (Orthoptera), включающие тараканов и кузнечиков*. Во времена расцвета эволюционной биологии считалось, что энтомологи обязаны как можно дальше проследить все эволюционные линии насекомых, но почти все современные энтомологи оставили эти изыскания, в сущности скучные и бесплодные: какое, собственно, имеет значение, произошло ли данное насекомое от этих предков или от других?

Изучение насекомых затрагивает множество интересных и важных биологических проблем, связанных с наследственностью, развитием, поведением и с действием гормонов. Например, газовый обмен у них осуществляется через очень тонкие воздушные трубочки, трахеи, ведущие от поверхности тела прямо к внутренним органам. Врожденные физические ограничения дыхательной системы насекомых в сочетании с необходимостью линять ставят предел их размерам, причем гораздо более жестко, чем, например, у ракообразных. Поэтому заселение мира огромными насекомыми-фашистами представляет собой одну из самых нелепых идей среди всех мрачных нелепостей научной фантастики; более того, вероятность развития из насекомых какой бы то ни было другой формы животных можно отбросить как бесконечно малую. Насекомые – это специализированный конечной продукт эволюции. Утверждалось, что внутри этой группы новые виды возникают едва ли не быстрее, чем их удается опознать и дать им наименование. Это трудно проверить, потому что современные энтомологи больше не предаются чистой систематизации с прежним пылом. Но вот что можно сказать совершенно твердо: живущие и ископаемые виды насекомых описаны и наименованы отнюдь не все, хотя их известно уже около миллиона. И мы можем быть также уверены, что изощренные формы приспособления, обеспечивающие насекомым их успех, в то же время закрыли перед ними дверь новых эволюционных возможностей.