Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №06 за 2010 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 8 страниц)
Выход в свет
Неподвижные стадии развития животных – яйца и куколки – чем-то сродни волшебному ящику фокусника. Вот лежит с виду неживой предмет, некоторое время с ним как будто бы ничего не происходит, но вдруг раздается тихий треск и открывается дверца в мир.
Тип – членистоногие
Класс – насекомые
Отряд – чешуекрылые
Семейство – данаиды Гусеницы эвплои кормятся в основном на олеандре, накапливая токсичные вещества, содержащиеся в растении, которые передаются и бабочке. Охота на них опасна для птиц
Платье для Золушки
Героини греческого мифа Данаиды обречены до скончания времен наполнять бездонный сосуд. Эвплои, как и множество других бабочек, успешно решают противоположную задачу, умещая в компактной замкнутой капсуле то, что она никак не может вместить. Глядя на взрослое насекомое, невозможно поверить, что его огромные хрупкие крылья существовали уже внутри куколки. Нечто подобное проделывают разве что парашютисты, упаковывая свои купола. Но крылья бабочек – это не мягкий шелк, а жесткий хитин, который скорее сломается, чем согнется. Однако в момент вылупления хитин крыльев мягок и податлив. Пронизывающая крылья сеть жилок играет роль пневматических трубок. Нагнетая в них воздух, насекомое заставляет крыло полностью развернуться. Под действием воздуха хитин дозревает, становясь твердым и жестким. Сразу после этого жилки перестают быть распределительной сетью, становясь элементами прочности крыла, на которые приходится основная нагрузка при полете. Параллельно с этим происходит и другое превращение. Дозревание хитина крыльев занимает несколько часов, и все это время бабочка сидит рядом с опустевшей шкуркой куколки, дожидаясь завершения чуда.
Тип – хордовые
Класс – птицы
Отряд – страусообразные
Семейство – страусовые Рост страуса достигает 270 сантиметров, вес– 175 килограммов. Это самая крупная из современны х птиц, хотя научное название переводится как «воробей-верблюд»
Непробиваема, воздушна...
Яйцо африканского страуса имеет 15–18 сантиметров в поперечнике и весит полтора-два килограмма. Казалось бы, вполне логично, что самая крупная из ныне живущих птиц появляется на свет из самых больших в современном мире яиц. Однако вес страусиного яйца не превышает 2% от веса самого страуса, в то время как у крохотной колибри-пчелки это соотношение достигает 6%, а вес яйца киви составляет почти четверть от веса взрослой птицы. Дело в том, что развивающийся эмбрион дышит сквозь скорлупу, точнее, через пронизывающие ее поры. С увеличением размеров объем и вес яйца растут гораздо быстрее, чем площадь его поверхности, и обеспечивать дыхание зародыша становится все труднее. При этом уменьшать толщину скорлупы тоже нельзя – тонкая скорлупа может не вынести веса своего солидного содержимого. В поисках выхода из этих противоречий эволюция превратила скорлупу страусиного яйца в высокотехнологичный многослойный материал со сложнейшей структурой. Он обеспечивает дыхание зародыша на протяжении всех 35–45 дней насиживания, но при этом настолько устойчив к ударам снаружи, что разбить страусиное яйцо не могут даже мощные клювы стервятников: им приходится пользоваться для этого камнями. Изнутри же эту чудо-броню в один прекрасный день вскрывает нежный клюв страусенка, у которого нет ни сантиметра свободного пространства для того, чтобы размахнуться. Правда, на освобождение из своей известковой колыбели новорожденный страус тратит больше часа нелегкой работы.
Тип – хордовые
Класс – рептилии
Отряд – чешуйчатые
Семейство – ужеобразные Самая популярная змея для содержания в домашних условиях. Существуют клубы любителей маисовых полозов. Только в США ежегодно продается до 50 000 особей
Яйцо в мешочек
Юный маисовый полоз выглядывает через прорезь, которую он только что проделал в оболочке своего яйца «яичным зубом» – специальным роговым зубцом, формирующимся на кончике морды змеенышей и отпадающим сразу после вылупления. Яйца змей не имеют жесткой известковой скорлупы, как у некоторых других рептилий, они заключены в мягкую и гибкую кожистую оболочку. Не уступая скорлупе в прочности, она, однако, сильно проигрывает ей по способности удерживать влагу: если яйцо в скорлупе за время развития испаряет 10–15% исходно содержавшейся в нем воды, то кожистое змеиное яйцо – около четверти. А хуже всего то, что эта величина сильно зависит от влажности окружающего воздуха. Поэтому змеям-мамам приходится отыскивать для кладки места не только надежно укрытые и теплые, но и достаточно влажные. Нашим ужам и гадюкам (не говоря уж о змеях влажных тропических лесов) найти такое место нетрудно. Но маисовый полоз обитает в основном в открытых ландшафтах юго-востока США (чаще всего его находят на кукурузных полях, откуда и название), где такие укромные уголки весьма дефицитны. Змеи находят их под грудами камней, в старых пнях, под корнями деревьев. И в поисках таких мест часто навещают человеческие строения, особенно заброшенные или используемые только время от времени. Отложив яйца, самка полоза покидает кладку, а через 10 недель ее 12-сантиметровые детеныши выходят из своих кожистых вместилищ. Дальше каждый из них заботится о себе сам.
Тип – хордовые
Класс – пресмыкающиеся
Отряд – черепахи
Семейство – сухопутные черепахи В природных условиях самки откладывают 5–15 яиц. Они имеют размеры 5 × 3,75 сантиметра. Соответственно и диаметр панцирей новорожденных черепашат составляет 3,75 сантиметра
Полусфера в шаре
Детеныши эффектной угольной (красноногой) черепахи, как и все черепашата, развиваются внутри сразу двух твердых оболочек: под известковой скорлупой, которой покрыты яйца черепах, формируется костяной панцирь, определяющий весь облик этих рептилий. Выращивание внутри яйца такой оригинальной структуры – задача непростая. Всем существам, которые появляются на свет из яйца, приходится решать задачу компактной упаковки эмбриона в ограниченном объеме: ведь после того как яйцо отложено, оно уже не может расти, в отличие от того, что в нем заключено. Чтобы полнее использовать отведенное пространство, птенцы держат свои длинные ноги сложенными во всех суставах, насекомые сворачивают крылья, змееныши сматываются в клубок. Но что можно сделать с черепашьим панцирем? Ни сложить, ни смотать, ни оставить мягким до вылупления – во влажных лесах Южной и Центральной Америки у маленького черепашонка и без того много врагов, а панцирь – его единственная защита. Выручает то, что полукруглый верх панциря – карапакс – не так уж трудно вписать во внутреннее пространство черепашьего яйца, имеющего форму почти идеального шара. При этом под плоской грудной частью – пластроном – образуется свободное пространство, в котором можно разместить «блоки обеспечения»: желточный мешок и аллантоис (особая структура зародышей высших позвоночных, совмещающая обязанности мочевого пузыря и органа дыхания). Ну а пристроить внутри панциря голову, хвост и конечности – для черепахи не проблема.
Тип – членистоногие
Класс – насекомые
Отряд – прямокрылые
Семейство – саранчовые Насекомые наделены способностью приспосаб ливаться к любым условиям, даже к жарким пустынным местностям, в которых они живут и размножаются
Ростки беды
Все виды саранчи откладывают яйца в почве, на глубине нескольких сантиметров. Каждая кладка содержит несколько десятков яиц, покрытых общей пенной оболочкой, которая, высыхая, превращается в прочную капсулу – кубышку. Для того чтобы яйца развивались, почва должна быть теплой и влажной. Однако в засушливых районах Африки и Южной Азии, где живет пустынная саранча, таких почв почти нет, и насекомые засевают кубышками землю пустыни, едва ее промочат достаточно обильные дожди. Уже через 12–15 дней вышедшие из яиц личинки пробивают себе путь наверх подобно росткам и побегам растений, которыми они будут питаться всю жизнь. Как и у всех прямокрылых, у саранчи нет куколок: из яиц выходят существа, очень похожие на взрослую форму, только маленькие и лишенные крыльев. Оказавшись на поверхности, личинки принимаются есть сочные части растений. Их будущее зависит от того, насколько часто они будут попадаться друг другу на глаза. Если не слишком часто, то из них вырастут обычные одиночные кобылки, не представляющие никакой угрозы. Но если плотность личинок окажется выше некоторого критического уровня, в их телах включится альтернативная программа развития, заставляющая их собираться в огромные стаи, постоянно передвигаться и есть. С каждой линькой их телосложение и окраска все заметнее отличаются от облика их сородичей, растущих в условиях меньшей скученности. И в один прекрасный день вся масса личинок начнет очередной поход – сначала по земле, а после завершающей линьки – по воздуху.
Тип – членистоногие
Класс – паукообразные
Отряд – пауки
Семейство – пауки-тенетники Считается самым опасным пауком Австралии. Яд обладает нейротоксичным действием. Укус паука вызывает сильную боль и опасен для человека
Дети черной вдовы
Чрезвычайно ядовитый австралийский красноспинный паук вместе с рядом других видов (в том числе с широко известным у нас каракуртом) входит в род черная вдова. Этим названием пауки обязаны устоявшемуся мнению, что у них сразу после акта любви самка пожирает самца. Такое и в самом деле случается, но вовсе не обязательно. Впрочем, после спаривания самец, живой или съеденный, в самом деле уже не принимает никакого участия в продолжении рода. Практически все пауки ткут для своего потомства шелковую колыбель – кокон. Кокон черных вдов – это правильный шар диаметром 1–1,5 сантиметра из рыхлой и пушистой ткани, напоминающей нежнейшую вату. Он подвешен к потолку убежища самки – норки или щели между камнями. У одной паучихи может быть 2–5 таких колыбелек, и в каждой размещается до нескольких сотен яиц. Вылупившись, крохотные паучки еще долго остаются внутри кокона. Мать охраняет их, но не кормит: особенности пищеварения пауков исключают такую возможность. Паучки живут за счет остатков желтка в кишечнике, и этого им хватает, чтобы пройти первые линьки. В оболочке из паутины они не испытывают никаких проблем с дыханием и пространством для роста. Но рано или поздно наступает момент, когда паучки, увлажнив стенку кокона специальным секретом, разрушают ее и выходят наружу. Обычно сразу после этого они покидают и норку, забираясь на травинки или камни. Юный паук выпускает в воздух паутинку, и ветер подхватывает ее вместе с ним, унося прочь от родного гнезда.
Тип – членистоногие
Класс – насекомые
Отряд – двукрылые
Семейство – комары кровососущие Название происходит от греческого слова – гнусный, противный. Так главного переносчика тропических лихорадок окрестил энтомолог Иоганн Вильгельм Мейген
На грани двух миров
Развитие комара-кусаки включает полное превращение: яйцо, личинка, куколка. И все эти стадии привязаны к границе, разделяющей две стихии – воздух и воду. Яйца плавают по поверхности, личинки обитают в самой воде, но дышат воздухом и потому подолгу висят, прикрепившись задним концом тела к поверхностной пленке и выставив наружу кончики дыхательных трубок. Так же ведут себя и куколки, с той только разницей, что их воздушные трубки находятся на головогруди. Вылупление взрослого комара из куколки – это настоящий акробатический трюк. Представьте только: вы плаваете в толще воды в тесном, жестком, наглухо зашитом мешке. Вам надо выставить часть мешка над водой, сделать надрез и вылезти через него на воздух, не опираясь ни на что, кроме все того же распоротого мешка. Проделать такое, вероятно, не сумел бы и сам Гарри Гудини, всю жизнь совершенствовавший мастерство освобождения из затруднительных положений. А для бессчетного числа обычных комаров это обычное дело. Разумеется, дело не в особой одаренности крылатых кровопийц, а в законах физики: тело комара весит невероятно мало и к тому же обладает водоотталкивающими свойствами, что позволяет ему использовать пленку поверхностного натяжения. Но даже с учетом этого способность насекомого выбраться из свободно плавающей шкурки не может не поражать. Полностью освободившись от своей оболочки и расправив крылья, комар на несколько мгновений замирает, а затем решительно взлетает в свою новую родную стихию.
Фото Хайди и Ханс-Юргена Коха
Борис Жуков
Несладкая жизнь
Мучительная жажда, вечная усталость, холодные и немеющие ступни ног, незаживающие раны… сколько врачей нужно обойти пациенту с такими разными симптомами? Возможно, достаточно только эндокринолога. Скорее всего, причина – сахарный диабет.
Из школьного курса биологии все хорошо усвоили, что для жизнедеятельности клеток нужна энергия, а черпают они ее, окисляя органические вещества. Но не без разбора. Пищей им может служить лишь небольшая часть всех органических соединений. Но даже среди них есть «любимые» и «нелюбимые», то есть такие вещества, которые клетка потребляет каждый день, и такие, которые она использует лишь при особых обстоятельствах. И самой универсальной и постоянной пищей, эдаким клеточным хлебом служит глюкоза – простенький углевод, основу молекулы которого составляют шесть атомов углерода. Все прочие шестиатомные сахара (например, фруктоза, галактоза), да и многие другие питательные вещества перед отправкой в молекулярную «топку» превращаются в глюкозу. Именно концентрацию глюкозы в крови отслеживают специальные клетки в гипоталамусе: в случае ее падения ниже некоторого уровня они посылают сигнал, который мы ощущаем как чувство голода. Глюкоза нужна всем типам клеток, и пока ее хватает, клетке можно не беспокоиться о пропитании.
Проявления и последствия
До потери сознания
Вероятно, самое известное осложнение диабета I типа – гипогликемическая кома: при полностью разрушенной системе контроля сахарного обмена уровень глюкозы в крови может быстро упасть до очень низких величин, что приводит к потере сознания. Не менее опасен кетоацидоз: не получающие глюкозу клетки начинают с голоду расщеплять жиры, делая это поспешно и плохо. В результате кровь переполняется токсичными промежуточными продуктами – кетонами, что также приводит к потере сознания. Это состояние опознается по характерному признаку: ладони больного пахнут яблоками. С головы до пят
У больных диабетом II типа постоянно повышенный уровень глюкозы в крови постепенно деформирует сосуды, делая их непрочными, образуя на них «карманы» или, наоборот, заставляя «спадаться». В глазу это приводит к диабетической ретинопатии: регулярные кровоизлияния в сетчатку вызывают гибель ее клеток и в итоге – необратимую слепоту. Другая тяжелая патология – синдром диабетической стопы: ухудшение кровоснабжения стоп вызывает некротические изменения в их тканях. В сочетании со снижением иммунной защиты (также характерным для поздних стадий диабета) это делает стопу легкой добычей гнойных инфекций. Незаживающие мокнущие язвы сменяются со временем флегмонами, и в конце концов стопу (а то и всю нижнюю конечность) приходится ампутировать. Диабет II типа может вызывать также почечную недостаточность, мышечную слабость, гипергликемическую кому и т. д.
Органическое самоуправление
В многоклеточном организме клетка не принадлежит себе. Вся ее жизнь подчинена химическим командам, без которых она не смеет даже взять съедобную молекулу из тканевой жидкости. Сигналом, разрешающим перенос глюкозы внутрь клетки, служит гормон инсулин. Связываясь со специальными белками-рецепторами на поверхности клетки, он изменяет их состояние, и они активируют другие мембранные белки – транспортеры глюкозы. Пока молекула инсулина «сидит» на рецепторе, транспортер усердно доставляет глюкозу в клетку. Но когда сигнальная молекула разрушается (а вещества-команды долго не живут), рецептор возвращается в исходное положение и глюкозный насос останавливается.
И молекул-рецепторов, и молекул-транспортеров у каждой клетки очень много. В каждый момент времени одни из них работают, другие – ждут команду. Меняя концентрацию инсулина в крови, можно регулировать потребление глюкозы тканями. Именно для этого и предназначен весь этот биохимический механизм, позволяющий подчинить клеточный обмен веществ потребностям и возможностям организма в целом. Его ключевое звено – инсулин – вырабатывается небольшими участками эндокринной ткани, расположенными в поджелудочной железе, так называемыми островками Лангерганса (откуда и само название гормона: insula в переводе с латыни – «островок»). Их активность, в свою очередь, регулируется все тем же уровнем глюкозы в крови: при его повышении синтез инсулина усиливается, а при снижении – соответственно ослабляется. Как только человек съел шоколадку и глюкоза поступила в кровь, островковые клетки велят тканям взять ее побольше. Избыточная глюкоза запасается в виде гликогена («животного крахмала») в печени и мышцах, используется для синтеза жиров и т. д. Если долго не есть, то глюкозы в крови становится мало. В этом случае ткани перестают получать «довольствие», так как глюкоза больше нужна для работы мозга (мозговая ткань, чрезвычайно чувствительная к нехватке глюкозы, освобождена от инсулинового контроля за ее потреблением). В целом получается механизм обеспечения независимости внутренней среды организма от внешних условий – простой, надежный, гибкий и довольно устойчивый. Но никакой механизм не может быть полностью защищен от повреждений и поломок.
Диабет-I: огонь по своим
Инсулин кодируется специальным геном, который, как и все гены, подвержен мутациям и может в результате оказаться нефункциональным. Но организмы, ведь клетки зародыша тоже не могут жить без глюкозы. То же самое происходит в случае врожденного неразвития поджелудочной железы и тому подобных патологий.
Чаще бывает, что с островковыми клетками что-то случается уже в процессе жизни. Они могут погибнуть от вирусной инфекции, в результате развития панкреатита (воспаления поджелудочной железы), образования злокачественной опухоли и т. д. Но самая частая причина их гибели – аутоиммунное поражение: иммунная система вдруг начинает вырабатывать антитела против характерных поверхностных антигенов островковых клеток. Их атакуют макрофаги (клетки-пожиратели), а лимфоциты-киллеры отдают им приказ покончить с собой. Популяция островковых клеток быстро сокращается, что приводит сначала к инсулиновой недостаточности, а затем и к полному отсутствию этого вещества в организме. До 1922 года, когда Фредерик Бантинг и Чарлз Бест в клинике Университета Торонто впервые ввели таким больным «внешний» (выделенный из ткани животных) инсулин, это означало неотвратимую и скорую смерть.
Причины этого саморазрушительного процесса (как и аутоиммунных заболеваний вообще) сегодня все еще неизвестны, хотя установлен ряд факторов, резко повышающих вероятность такого развития событий. Известно также, что атака на островковые клетки обычно начинается в детском или подростковом возрасте. Поэтому одно из многочисленных названий диабета I типа – детский диабет.
Диабет-II: сахарная наркомания
Значительно чаще патология развивается по следующему сценарию: островковые клетки живы-здоровы, инсулина в крови даже больше, чем должно быть, а организм демонстрирует все симптомы сахарного диабета. Дело в том, что описанный выше хитроумный механизм регуляции сахарного обмена, как и многие другие регуляторные системы нашего тела, совершенно не рассчитан на ситуацию, когда сладкое доступно постоянно. Наши вкусовые ощущения, наши системы удовольствия в мозгу подталкивают нас не пренебрегать никакой возможностью ввести в организм дополнительную дозу легко усваиваемых простых сахаров. И мы, по крайней мере многие из нас, не пренебрегаем: год за годом, десятилетие за десятилетием...
В конце концов в дело вступают регуляторы более мощные и долгосрочные: число инсулиновых рецепторов на поверхности клеток начинает уменьшаться. Меняется также и их структура: модифицированные рецепторы хуже связываются с инсулином и быстрее освобождаются от него. Тонкие молекулярные механизмы этого процесса пока неизвестны, но он соответствует общему принципу: постоянное введение извне физиологически активного вещества вызывает либо уменьшение собственного синтеза его в организме либо снижение чувствительности к нему. В сущности, этот эффект лежит в основе развития любой наркомании и вообще зависимости.
Однако в условиях постоянной доступности сладкого эта реакция только усугубляет беду: в ответ на снижение чувствительности тканей к инсулину сластена просто увеличивает потребление сахара. Процесс развивается по механизму положительной обратной связи, пока не выходит за пределы компенсаторных возможностей организма.
От жажды умираю над ручьем
При обоих типах диабета голодные клетки страдают от нехватки глюкозы, а тем временем кровь буквально переполнена этим веществом. Это сильно повышает осмотическое давление кровяной плазмы, что субъективно ощущается как постоянная жажда. Пытаясь избавиться от нее, человек все время пьет, причем часто даже не воду, а соки, газировки, сладкий чай – ведь его ткани требуют сладкого! Избыток воды пытаются вывести почки, чаще чем обычно наполняя мочевой пузырь. Обычно в процессе созревания мочи клетки почечных канальцев полностью убирают из нее глюкозу, но при «диабетических» концентрациях они уже не могут этого сделать, и в моче появляется сахар. В любом случае человек все время теряет воду и электролиты.
При диабете I типа все решается очень быстро: либо человек вскоре умирает от невозможности обеспечить тканям питание, либо начинает получать инсулиновую терапию. Конечно, несколько подкожных инъекций в сутки не может обеспечить того точного соответствия уровня гормона содержанию глюкозы в крови, которое обеспечивает естественный механизм. Поэтому больным помимо ввода инсулина приходится соблюдать строгую диету: быстро всасываемые простые сахара исключаются полностью (кроме ситуаций гипогликемии – резкого падения уровня глюкозы в крови), а потребление крахмалистых продуктов (хлеба, картофеля, круп и т. д.) жестко ограничивается и соизмеряется с количеством вводимого инсулина. Такая жизнь, что называется, не сахар, но по сравнению с тем, что ждало диабетика I типа меньше века назад, это безусловное спасение.
Диабет II типа развивается годами и десятилетиями и поначалу не сопровождается острыми осложнениями. Его конек – сосудистые патологии. Они не приводят к быстрой смерти, но нормальной жизни очень мешают.
Победа – за горами
Для обоих типов диабета показана большая роль генетической предрасположенности. Тем не менее между ними есть принципиальная разница. На развитие диабета I типа поведение больного практически не влияет. А вот в диабет II типа человек загоняет себя сам упорными многолетними усилиями – чрезмерным потреблением углеводов, малоподвижным образом жизни, ожирением. Около 80% больных диабетом II типа имеют избыточный вес.
Это выражается в эпидемиологии двух этих форм болезни. Диабет II типа сегодня составляет 85–90% всех зарегистрированных случаев диабета. (На самом деле его доля, вероятно, еще больше, поскольку в этом случае между началом болезни и ее выявлением часто проходят годы, в то время как первый тип выявляется обычно сразу же.) При этом, по данным статистических исследований, число больных диабетом II типа удваивается каждые 10–15 лет, и сегодня им болеют около 200 миллионов человек в мире. Число больных диабетом I типа тоже растет, хотя и не такими пугающими темпами, отчасти из-за общего роста числа аутоиммунных заболеваний, отчасти из-за постоянного снижения смертности таких больных, при применении современных методов лечения.
Пока что человечество не нашло ответа на этот вызов. Все методы лечения диабета компенсируют проявления болезни, не устраняя ее причины. Радикальный успех может быть достигнут, когда мы научимся восстанавливать разрушенную болезнью систему регуляции сахарного обмена. Но для этого нужен такой уровень понимания организма как целого, к которому наука пока не смогла даже подступиться.
Борис Жуков
