Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Титов Сергей Алексеевич

Таблица 3

Положение человека в системе живых организмов

Рис. 169. Строение черепа и позвоночника человека (А) в сравнении со скелетом и позвоночником гориллы (Б)

С эукариотами – сходное строение клетки, включающей ядро с хроматином, митохондрии и другие органоиды, и пр. Человек, как и все животные, имеет гетеротрофный способ питания,

его клетки лишены плотной оболочки, а при развитии он проходит стадии бластулы и гаструлы, что типично для всех многоклеточных животных. Ещё большее сходство обнаруживается при сравнении человека с другими позвоночными. Их объединяют общий план строения скелета (череп и позвоночник) (рис. 169), замкнутая кровеносная система, имеющая сердце, центральная нервная система, состоящая из головного и спинного мозга, сходное строение пищеварительной и выделительной систем и многие другие признаки. Как и все млекопитающие, человек имеет крупный головной мозг с большими полушариями, покрытыми корой, постоянную температуру тела, шёрстный покров, дифференцированные зубы, расположенные в углублениях челюстей, четырёхкамерное сердце, особое строение лёгких и диафрагму, разделяющую брюшную и грудную полости. Ему свойственно живорождение и выкармливание детёнышей молоком. Наличие плаценты роднит человека с высшими млекопитающими.

Сходство и различия человека и других приматов

Но наибольшее сходство выявляется при сравнении человека с животными, принадлежащими к отряду приматов, особенно с обезьянами. Для всех приматов характерны: увеличенный мозг с двумя уникальными бороздами (боковой и центральной); большие, обращённые вперёд глаза; четыре типа зубов; ключица; разделённые лучевые и локтевые кости, в результате чего кисть может поворачиваться на 180°; пять подвижных пальцев на каждой конечности; большие пальцы рук противопоставлены остальным пальцам, что позволяет захватывать предметы; ногти вместо когтей.

С человекообразными обезьянами – антропоидами, к которым относятся орангутаны, гориллы и шимпанзе, человек имеет ещё ряд дополнительных сходств. Мимика антропоидов очень похожа на мимику человека (рис. 170), они имеют те же четыре группы крови, болеют теми же болезнями. Между человеком и человекообразными обезьянами имеется много общего в составе белков и строении генетического аппарата. Так, шимпанзе имеет 48 хромосом вместо 46, которыми обладает человек, и 98 % общих с человеком генов.

Однако существует целый ряд признаков, свойственных только человеку. Объём мозга человека значительно превышает его объём даже у человекообразных обезьян. У человека он в среднем составляет 1300–1400 см³, в то время как у шимпанзе или гориллы – не более 700 см³. Соответственно и строение головного мозга у человека значительно сложнее, чем у остальных животных. Особенно велика в нём роль коры больших полушарий, в которой находится более половины нейронов всей нервной системы человека. По этой причине строение черепа человека отличается от строения черепа всех остальных существ.

Рис. 170. Мимика обезьяны и мимика человека

У всех позвоночных череп делится на два отдела – мозговой (черепная коробка с находящимся в ней мозгом) и лицевой. Среди всех животных только у человека мозговой отдел больше лицевого.

Человек – единственное существо, которое постоянно передвигается на двух ногах, сохраняя при этом вертикальное положение тела. Поэтому признаки, отличающие скелет человека от скелета остальных млекопитающих, в том числе и приматов, связаны с прямохождением. Прежде всего это S-образная форма позвоночника, обеспечивающая амортизацию при ходьбе. Особенно развит у человека поясничный изгиб позвоночника. Задние конечности человека длиннее передних, в то время как у других приматов наоборот. Стопа человека сводчатая, т. е. при ходьбе он опирается только на её заднюю и переднюю части, тогда как обезьяны опираются на всю стопу. Пальцы на стопе укорочены, и большой палец не противопоставлен

всем остальным. На руке же, наоборот, большой палец сгибается в сторону, строго противоположную сгибанию других пальцев, тогда как у обезьян это свойство выражено только частично. Кроме того, у человека, в отличие от его сородичей-приматов, почти полностью исчез волосяной покров тела, значительно уменьшились размеры клыков и развился голосовой аппарат гортани, участвующий в формировании речи.

Таким образом, человек является типичным животным: большинство свойственных ему качеств совпадает с теми, которыми обладают другие, особенно систематически близкие к нему организмы. Однако существуют некоторые (довольно немногочисленные) особенности, присущие только человеку и связанные с особенностями его психической и физической деятельности.

Человек как физико-химическая система

Теперь взглянем на человека с точки зрения физических законов и происходящих в его организме химических реакций. В принципе и в этом отношении человек практически не отличается от других животных.

Существование человека и законы термодинамики

Существование любого живого организма, а особенно человека в силу сложности и часто непредсказуемости его поведения, казалось бы, противоречит второму началу термодинамики. В самом деле, согласно этому закону, энтропия, постоянно возрастая, должна разрушать любые упорядоченные структуры. Поэтому такая невероятно сложная система, как организм, не может существовать и доли секунды. В то же время живые организмы по термодинамическим понятиям существуют невероятно долго, а в принципе вообще бессмертны, так как способны давать потомство, у которого жизнь каждый раз стартует сначала. Более того, жизнь на Земле не только не подвержена деградации, но и эволюционирует, т. е. её организация постоянно усложняется. Когда-то даже был поставлен такой вопрос: «Могут и Карно, и Дарвин быть правы?» На самом-то деле прямого противоречия между термодинамикой и биологией нет. Второе начало установлено для изолированных систем, в которых энтропия постоянно стремится к максимуму и где в конце концов устанавливается равновесие. Живые же системы являются открытыми, в них постоянно поступает извне энергия, а потому второе начало здесь неприменимо.

В 40-х гг. XX в. автор принципа неопределённости, лауреат Нобелевской премии Эрвин Шредингер в книге «Что такое жизнь?» указал на то, что одних статистических закономерностей недостаточно для объяснения природы жизни. Мы уже говорили о строении и работе генетического аппарата. ДНК, определяющая все наследственные признаки, устроена так, что в ней нельзя поменять один нуклеотид на другой или переставить их местами без серьёзных последствий для организма. Недостаточно, чтобы количество аденина в среднем равнялось количеству тимина: каждое из этих оснований должно занимать в хромосоме строго определённое место. А это уже выходит за пределы возможностей синергетики.

Невероятная упорядоченность химических реакций и структур в организме человека несоизмерима с тем порядком, который возникает в неживых самоорганизующихся системах, рассматриваемых термодинамикой неравновесных процессов. Кроме того, причины возникновения этих порядков совершенно различны. Если в диссипативных структурах порядок возникает из беспорядка, то в живых организмах порядок возникает из уже существующего порядка, так как всё живое возникает только из живого. Поэтому маловероятно, что принципы термодинамики неравновесных процессов способны пролить свет на возникновение жизни. Таким образом, существование жизни и самого человека хотя и не противоречит законам термодинамики, но и не вытекает из них.

Проверьте свои знания

1. К какому царству, типу, классу и отряду принадлежит человек? Назовите других хорошо известных вам представителей этих систематических групп.

2. Укажите общие признаки человека и других млекопитающих.

3. Каково значение сводов стопы у человека? Для ответа на этот вопрос вспомните материал курса «Человек и его здоровье».

4. Почему существование жизни не противоречит второму началу термодинамики?

5. Почему синергетика не может в полной мере объяснить работу живых организмов?