Обитаемый остров Земля
Шрифт:
Итак. Для обеспечения жизнедеятельности живой организм должен потреблять кислород и выделять углекислый газ, что он и совершает в процессе дыхания. Перенос этих газов во встречных направлениях (от внешней среды к тканям организма и обратно) и осуществляет кровь. Для этого «приспособлены» специальные элементы крови — так называемые дыхательные пигменты, которые содержат в своей молекуле ионы металла, способные связывать молекулы кислорода и углекислого газа и при необходимости отдавать их.
У человека дыхательным пигментом крови является гемоглобин, в состав которого входят ионы двухвалентного железа (Fe 2 +). Именно благодаря гемоглобину наша кровь красная.
Но даже на основе железа может быть иной цвет дыхательных пигментов (соответственно
Однако этими вариантами природа не ограничилась. Перенос кислорода и углекислого газа, оказывается, вполне могут осуществлять дыхательные пигменты и на основе ионов других (помимо железа) металлов. Скажем, у морских асцидий кровь почти бесцветная, так как в ее основе — гемованадий, содержащий ионы ванадия. У некоторых растений из металлов в пигменты в ходит молибден, а у животных — марганец, хром, никель.
Есть среди дыхательных пигментов в живом мире и искомый нами голубой цвет. Этот цвет придает крови пигмент гемоцианин— на основе меди. И этот пигмент весьма широко распространен. Благодаря ему голубой цвет крови имеют некоторые улитки, пауки, ракообразные, каракатицы и головоногие моллюски (осьминоги, например).
Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет, а отдавая кислород тканям — обесцвечивается. Но и на обратном пути — от тканей к органам дыхания — такая кровь теряет цвет не полностью. Дело в том, что углекислый газ (СО 2), выделяясь в ходе биологической деятельности клеток организма, соединяется с водой (Н 2О) и образует угольную кислоту (Н 2СО 3), молекула которой диссоциирует (распадается) на ион гидрокарбоната (HCO 3—) и ион водорода (Н +). А ион HCO 3—, взаимодействуя с ионом меди (Сu 2 +), образует в присутствии воды соединения сине-зеленого цвета…
Самое интересное то, что в принятом в настоящее время «родословном древе» растительного и животного мира родственные группы нередко имеют разную кровь, а произошли вроде бы друг от друга. Например, у моллюсков кровь бывает красная, голубая, коричневая, и даже с разными металлами. Выходит, что состав крови не столь уже важен для живых организмов.
И подобную картину можно наблюдать не только у низших животных. Например, группы крови человека являются признаком очень низкой категории, так как расе в самом узком смысле слова свойственны различные группы крови. Более того, оказывается, что и у шимпанзе существуют группы крови, аналогичные группам человека, и еще в 1931 году было осуществлено переливание крови от шимпанзе человеку той же группы крови без малейших вредных последствий.
Жизнь оказывается очень неприхотлива в этом вопросе. Похоже, что она использует все возможные варианты, перебирая их и отбирая лучшие…
Но может ли случиться такое, чтобы не только у низших животных была голубая кровь?.. Возможно ли это для человекоподобных существ?..
А почему бы и нет!?.
Наукой уже давно установлено, что окружающая среда способна весьма сильно влиять на элементный состав живых организмов. При длительном изолированном существовании их в тех или иных окружающих условиях возникает изменчивость — появление физиологических рас, которое может происходить даже без видимых внешних изменений, но сопровождается изменением химического состава организма. Появляются химические мутанты с изменением в ядрах клеток числа хромосом и т. п.; а изменчивость может приобрести наследственный характер.
Ясно, что в условиях дефицита какого-либо элемента эволюция пойдет по пути замены его на другой, способный обеспечить те же функции и находящийся в достатке. У нас, судя по всему, эволюция в ходе развития живого мира переориентировала организмы на железо, которое составляет основу дыхательных пигментов большинства живых видов.
Значительная часть железа находится
Железо, как и любой другой микроэлемент, совершает в организме постоянный кругооборот. При физиологическом распаде эритроцитов 9/10 железа остается в организме и идет на построение новых эритроцитов, а теряемая 1/10 часть пополняется за счет пищи. О высокой же потребности человека в железе говорит хотя бы то, что современная биохимия не обнаруживает никаких путей выведения избытка железа из организма. Судя по всему, эволюция не знает такого понятия — «избыток железа»…
Дело в том, что хотя железа в природе достаточно много (второй металл после алюминия по распространенности в земной коре), наибольшая его часть находится в очень трудно усваиваемом трехвалентном состоянии Fe 3 +. В результате, скажем, практическая потребность человека в железе в 5-10 раз превосходит действительную физиологическую потребность в нем.
И такая ситуация имеет место не только на вершине земной эволюционной лестницы. Например, железо является важнейшим элементом для жизнедеятельности планктона, но его мало в поверхностных морских водах, и, кроме того, оно почти всегда присутствует в виде сложных химических соединений, в которых железо жестко связано с молекулами других элементов, а потому малопригодно для усвоения микроорганизмами.
Согласно исследованиям американского Национального общества, эту проблему решают специфические бактерии, обитающие в океане. Они воспроизводят молекулы, которые, связываясь с трехвалентным железом, заставляют его вступать в реакции под воздействия солнечного света. Энергия солнца как бы раскупоривает сложные молекулы с трехвалентным железом в более свободно связанные конфигурации атомов. В результате, бактерии, планктон и другие микроорганизмы, могут выхватывать отдельные атомы железа и использовать их (результаты исследований опубликованы 27.09.2001 в журнале «Nature»; материал взят из публикаций на сайте SkyTecLibrary.com).
И все же, несмотря на все сложности по усвоению железа, несмотря на постоянное балансирование на грани «железного дефицита», эволюция на Земле все-таки пошла по пути использования именно этого металла для обеспечения важнейшей функции крови — переноса газов. Прежде всего потому, что дыхательные пигменты на основе железа более эффективны, нежели на основе других элементов (о высокой способности, скажем, гемоглобина к переносу кислорода уже упоминалось; а о других его преимуществах будет говориться далее). И раз эволюция пошла по такому пути, то значит, что железа на Земле все-таки достаточно для именно такого выбора природы…
* * *
Но представим теперь другую ситуацию: на некоей планете железа оказалось существенно меньше, чем его есть на Земле, а меди — гораздо больше. По какому пути пойдет эволюция?.. Ответ представляется очевидным: по пути использования меди для транспорта газов и питательных веществ голубой кровью!..
Может ли подобное случиться в природе? Для ответа на этот вопрос используем некоторые данные и соображения, приводимые в статье В.Ларина «Земля, увиденная по-новому» (ж-л «Знание-сила», № 2, 1986). По данным этой статьи, во внешней оболочке Земли железа несколько больше, чем его находится на Солнце (в процентном соотношении), а меди — почти в 100 раз меньше, чем на Солнце!.. В то же время, по всем соображениям, химический состав Солнца в целом должен соответствовать составу того протопланетного облака, которое его окружало на стадии формирования планет, и из которого образовалась и Земля (за исключением того, что в результате ядерных реакция часть водорода на Солнце превратилась в гелий, но сейчас нас эти элементы не интересуют). Следовательно, если избыток железа еще можно списать на погрешность данных, то меди все равно явно «не хватает».