Начало:
4994;
4995 «Я хочу узнать, как Господь создал этот мир. Мне неинтересно отдельно то или иное явление, спектр того или иного элемента; я хочу знать Его мысли. Всё остальное - детали».
А. Эйнштейн
Выйдя в процессе эволюции на эффективное решение какой-либо важной «технической» задачи, живая природа закрепляет его и в дальнейшем, как правило, не ограничивается использованием только в одном направлении. Примеров тому немало. Но все они по своим масштабам и значимости для судеб жизни в самом фундаментальном смысле не идут ни в какое сравнение с элементарной линейной (одномерной) структурой, имя которой - нить.
6. Межвидовые текстуральные (паутинные) отношения
Паутинный принцип нашел широкое применение в межвидовых экологических отношениях различных групп живых организмов, генетически порой весьма отдаленных друг от друга.
Стереотипные представления о ловчих сетях обычно связаны у нас с пауками, эволюционное формирование которых палеонтологи относят к верхнему силуру. Однако истоки этого механизма куда более древние.
Еще в докембрии простейшие морские животные фораминиферы (Foraminifera) и радиолярии (Radiolaria) для улавливания добычи использовали не что иное, как распростертые ловчие сети, образуемые в результате анастомоза тончайших нитей - цитоплазматических ризоподий. У большинства слизевиков (Myxomyceta) плазмодий (вегетативное тело) имеет вид сетки, построенной из переплетающихся и сливающихся тяжей, с помощью которой захватываются бактерии, микроскопические животные и водоросли.
Но так могли поступать и еще более древние, прокариотные организмы. Известно, что ныне существующие хищные нитчатые бактерии (Cyclobacteriales) объединяются в группы посредством волокнистых выростов-плазмодесм, в результате чего образуются довольно пространные (в масштабах микромира) коллективные ловчие сети.
Двухслойные многоклеточные животные Кишечнополостные (Coelenterata), будь то полипы или медузы, которыми буквально насыщен океан, опутывают добычу разного рода нитями, которыми они выстреливают перед захватом из своих стрекательных клеток. Приобретение такого экстравагантного механизма нападения и защиты в значительной мере определило дальнейшее процветание этих, в общем-то, весьма примитивных (в смысле уровня биологической организации) многоклеточных существ.
В тех или иных формах ловчие сети применяют и более высоко органгизованные морские животные. Так, представитель многощетинковых кольчатых червей (Polychaeta) хетоптер добывает пищу при помощи липкой ловчей сети, которую строит впереди своего большого рта (сам червь при этом сидит в изогнутой дугой трубке). Прокачиваемая через трубку вода процеживается сквозь сеть, в которой застревают мелкие организмы. Время от времени червь съедает сетку вместе с уловленной ею добычей, после чего строит новую. Среди насекомых подобным образом поступают пресноводные ручейники (Trichoptera), личинки которых строят из паутинных нитей различные по форме ловчие сооружения, функционирующие на манер планктонной сети.
Кульминационным пунктом в отношении сетеобразных ловчих конструкций, бесспорно, явились наземные членистоногие, в особенности пауки (Aranei), многосторонние функции которых на основе продуцируемых ими нитей называют паутинной деятельностью или даже паутинной индустрией.
Во всех своих жизненных проявлениях, поддерживающих существование вида (добывание пищи, размножение, расселение и переживание неблагоприятных условий), пауки используют нить. Из нее строятся убежища и, разумеется, ловчие сети (их разнообразие, изящность и хитроумность конструкций просто поражают), с помощью нити происходит сложная процедура спаривания, из нее плетутся яйцевой кокон и зимовочный мешок, на ней молодь разносится ветром и так далее. Словом, паук взаимодействует с окружающей средой не столько непосредственно, как другие животные, сколько через нитевидные структуры, которые у каждого вида соответствуют его жизненным нуждам и той конкретной обстановке, в которой он обитает.
Но паутина - это произведение не только животного мира. Исключительный интерес в контексте рассматриваемой проблемы представляют собой грибы (Fungi), способные в силу своей морфологической специфики создавать всюду ажурное переплетение тонких (1,5 - 10 мкм) нитевидных гиф (hyphe греч. - ткань, паутина), которыми они охватывают принадлежащий им питательный субстрат.
В этом отношении особого внимания заслуживают обитающие в почве хищные гифомицеты (Hyphomicetales). Эти всесветно распространенные грибы образуют на своих гифах систему ловчих колец, напоминающих в совокупности ячейки сети, в которых застревают и запутываются в момент движения их жертвы - почвенные нематоды (Nematoda), а также простейшие, коловратки, мелкие насекомые и тому подобные почвообитающие животные.
Строение ловчих конструкций у хищных грибов также разнообразно, но самый распространенный тип - клейкие сети, состоящие из большого количества колец-ячеек. Такие сети образуются в результате обильного ветвления и анастомоза гиф. Они нередко достигают достаточно крупных размеров, и вероятность попадания в них многочисленных подвижных нематод очень велика. Нематода, случайно попавшая в сеть, пытается пройти сквозь кольцо и застревает в нем, после чего утилизируется хищником путем ферментативного воздействия на тело жертвы.
Потенциальная способность грибов улавливать добычу в сети реально способствовала и другому очень важному и куда более значимому направлению биологической эволюции - возникновению двойных гетерогенных организмов лишайников (Lichenes). Существовавшие в течение миллионов лет совершенно независимо, грибы и водоросли на определенном историческом этапе вдруг «нашли» друг друга и образовали столь гармоничный комплекс, что сложное строение его было не сразу и с большим трудом разгадано. В лишайниковом симбиозе, в отличие от многих других аналогов, возникает такое биологическое единство двух различных организмов (гетеротрофный гриб-микобионт и автотрофная водоросль-фикобионт), которое приводит к появлению принципиально отличного от них третьего. Вместе с тем каждый партнер сохраняет черты той группы организмов, из которой он вышел, и ни у одного из них не появляется тенденции к преобразованию в составную часть другого.
Но главная интрига состоит здесь в том, что у лишайников есть специальные типы гиф. Это так называемые ищущие и охватывающие гифы. Их предназначение - разыскивать и улавливать клетки водорослей. Эти гифы особенно заметны в начале развития слоевища лишайников из прорастающей споры, когда вокруг либо вовсе еще нет водорослей, либо их очень мало. Поисковые гифы прорастающего гриба захватывают найденную водоросль, плотно и тесно оплетая ее с разных сторон, после чего следует размножение обоих партнеров, так что формирующееся на этой основе слоевище лишайника в итоге представляет собою не что иное, как водоросль, перепутанную и удерживаемую гифами гриба.
Полифилитическое происхождение лишайников лишь подтверждает решающее значение механизма фиксации водоросли гифами гриба, принципиально остающегося неизменным при разной комбинации партнеров, в том числе и в экспериментальных условиях. Этот начальный этап развития какого-либо лишайника как бы воспроизводит историю столь парадоксального направления эволюции.
Утвердившееся в науке о лишайниках традиционное представление, согласно которому активным и ведущим элементом в эволюции лишайников была водоросль, вызывает сомнение. Более вероятным представляется другой сценарий, прямо противоположный первому: грибы изначально поймали водоросль, проявив свойственную им активность и агрессивность, заключили ее в сеть, вступили с ней в симбиотические отношения, на основе чего и произошли лишайники.
Грибная паутина проявляет себя созидательно еще и в другом, тоже крайне важном для судеб биосферы качестве. Лесные почвы в буквальном смысле охвачены сетями шляпочных грибов, которые посредством микоризных образований вступают к тому же в тесный контакт с корнями растений, так что образуется единая связная система.
Растения, снабженные микоризой, активно усваивают органические соединения азота. Микоризные грибы интенсивно воздействуют на минералы почвы различными органическими кислотами, под действием которых активно извлекаются калий из силикатов, фосфор из ортоклаза и апатита. Кроме того, грибы продуцируют нужные растениям биологически активные вещества.
Но и это еще не всё! Поскольку гифы грибов соединяют разные деревья в пределах контролируемого ими участка леса, продукты фотосинтеза одного растения передаются (по грибницам мицелия) другому. Благодаря этому в лесу устанавливается не только вертикальный транспорт биогенных элементов, который организуется самими деревьями. Своей жизнедеятельностью грибы дополнительно создают скрытый от внешнего наблюдения внутрипочвенный горизонтальный транспорт! А если учесть, что по системе гиф возможен еще информационный обмен, тогда и вовсе образуется некий лесной «Интернет».
Это удивительное и чрезвычайно важное для жизни леса обстоятельство проистекает не только от известной физиологической пластичности грибов (их «полихимизма»), но прежде всего потому, что грибы способны неограниченно создавать и чрезвычайно эффективно использовать пространные мицелиальные сети.
Перейдем теперь к самим растениям в контексте вездесущей паутины. Вначале рассмотрим те из них, которые имеют тонкие и длинные вьющиеся стебли. Переплетая ими другие растения, они не только используют их в качестве опоры (чем нередко и ограничивают понимание этого общеизвестного факта, квалифицируя подобные растения как неспособные самостоятельно сохранять вертикальное положение стебля), но и серьезно угнетают их (пусть даже вторично), добиваясь тем самым на определенном участке жизненного пространства преимущества в борьбе за существование.
Лазящие и вьющиеся растения образуют экоморфологическую группу, именуемую лианами (от франц. lier - связывать). В половине всех семейств цветковых растений имеются представители лиан, которые в настоящее время широко распространены в растительном покрове Земли. Лиановая экоморфа первично выработалась у растений в ходе эволюции (если иметь в виду тропические леса) как приспособление в борьбе за свет при минимальной затрате на эту борьбу органического вещества (в сравнении, например, с деревьями, которым приходится поддерживать бремя тяжелых ветвей при помощи массивного ствола).
В средних широтах преобладают травянистые лианы, которые, однако, выигрывают здесь уже не столько в борьбе за свет, сколько за почвенное питание и жизненное пространство вообще. Например, одно растение вьюнка полевого (Convolvulus arvensis) потенциально способно опутать несколько квадратных метров посевов культурных растений. Хлебные злаки при этом сильно полегают. Особенно негативные последствия возникают в полегшем посеве при сырой погоде, когда опутанные и пригнувшиеся стебли злаков, уже не способные подняться, гниют и погибают. С другой стороны, сильно перепутанная лианами растительная масса затрудняет уборку урожая, вызывая даже остановку и поломку уборочных машин (по аналогии с морскими судами, когда они приходят в контакт с рыболовецкими сетями).
К вьюнку очень близок род повой, или калистегия (Calystegia). В поймах среднерусских рек летом всегда можно увидеть обширные участки, где типичная для этих мест травянистая, да и кустарниковая растительность бывает сплошь переплетена и буквально задушена им.
Масштабы отрицательного воздействия лиан достигают своего апогея, если присущий им механический эффект сочетается с физиологическим паразитизмом на тех или иных растениях. Такими качествами в полной мере обладает семейство повиликовых (Cuscutaceae), представители которого широко распространены на всех континентах. Повилики наносят огромный вред урожаю культурных растений, они быстро размножаются, их трудно искоренить. Одна особь паразита может опутать десятки соседних растений, а повилика льняная - до 100 растений. Это часто приводит к полной гибели посевов.
7. Био-геотекстиль
На определенном этапе эволюции биосферы паутина становится грандиозным по своим масштабам средообразующим фактором. Качественно новым проявлением паутинного принципа, его подлинным триумфом становится заключение в сеть ни много, ни мало - поверхностного слоя континентальной коры выветривания! Охваченный ею, этот слой приобретает все признаки соединительнотканного или даже кожного строения. Он пронизывается (прошивается, переплетается, простёгивается) множеством разнообразных по величине биогенных нитей. В их роли выступают уже непосредственно организмы, точнее говоря, экоморфологические образования высших автотрофов, а также грибов и водорослей. Масштаб другой, но физико-механическая суть всё та же. Да и устроены внешние макроскопические нити (как и те, что образуют организм) иерархически, по фрактально-матрёшечному принципу. Они так же разложимы на линейные элементы в порядке уменьшения их толщины, вплоть до первичных целлюлозных волокон.
С проникновением биологической нити в земную твердь текстуральный принцип интеграции биологических систем становится средообразующим фактором глобального, поверхностно-планетарного масштаба. В тесных объятиях «паутины» поверхностный слой континентальной коры выветривания, образованный из неустойчивых частиц мелкозёма, стабилизируется. Он теряет свою подвижность, неизбежно возникающую всюду в земных условиях под действием воздушных и водных потоков. Тем самым создаются совершенно беспрецедентные для прошлой истории биосферы и крайне необходимые условия для прогрессивной эволюции долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия (прямо по месту их первичного образования). Этот бесценный ресурс представляет собой материальный фундамент нынешней биосферы: от него питаются и функционально зависят не только все наземные, но в конечном итоге - и океанические формы жизни. Без «паутины» почвообразование прерывается и эволюция поверхностного слоя материнской горной породы всецело переходит в категорию энтропийных геологических процессов.
Методично разрушая текстуральную основу почвенного покрова (с тех пор, как деревянная соха впервые коснулась земли) и, теряя его, мы всё больше убеждаемся на горьком опыте в том, что ловчие сети имеют принципиальное, основополагающее значение не только для живого вещества, но и для биосферы Земли как глобальной экосистемы.
Заключение
Материальная (вещественная, телесная) нить стала универсальной и самой счастливой для жизни находкой вселенской эволюции. Она положена в основу грандиозной, фундаментальной и всеобъемлющей для биосферы фрактальной системы. С помощью нити решаются многие жизненно важные задачи. Наиболее значимые среди них следующие:
1. Союз воды и нити обусловил создание внутренней среды жизни.
2. С нитью связано абсолютно необходимое для жизни нарушение оптической симметрии на молекулярном уровне (специально об этом будет в моей публикации «Левое и правое: главная загадка жизни»).
3. На нити осуществлена запись, хранение и воспроизведение генетической информации.
4. Нить положена в основу всей биологической архитектоники. Она стала главным конструктором жизни.
5. Воплотившись в ловчие сети, нить нашла широкое применение в экологических межвидовых отношениях.
6. На определенном этапе эволюции биосферы нить стала глобальным экологическим фактором. С ее помощью осуществлены стабилизация континентальной коры выветривания и создание на ней долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия, ставшего материальным фундаментом биосферы.
Ну, а если совсем кратко и о самом главном, - нить открыла эволюционный путь к самой жизни. Куда же более?