🙆🏿 ✉️ 👋🏼 La evolución animal como una serie de avances tecnológicos 🚅 🙋🏿 🧑🏽

En los años escolares, el estudio de varias clases de animales se percibía como un trabajo pesado. Lo poco que se aprendió en la escuela fue olvidado con seguridad, y hasta hace poco, difícilmente podría haber clasificado un caracol o una sanguijuela en una u otra clase, como, probablemente, la mayoría de los habituales de Habr y GT. ¿Y por qué necesitas recordar eso?

Pero recientemente un libro de Nikolai Aleksandrovich Bernshtein , escrito en los años 40 del siglo XX y publicado solo a fines del siglo pasado, cayó en manos de . El título del libro es Sobre la agilidad y su desarrollo . El libro está lleno de todo tipo de descubrimientos, y recomiendo leerlo a todos.

Y en este breve artículo trataré de resumir brevemente la opinión del autor sobre cómo la evolución del mundo animal fue el resultado de una serie de "avances tecnológicos" clave dirigidos al desarrollo de movimientos. Realmente espero que este ensayo ayude a llamar la atención sobre el legado científico del brillante fisiólogo N. A. Bershtein.

Entonces, comencemos con la clasificación de los animales. Bernstein los divide en 7 clases principales:

Los más simples son animales unicelulares, microscópicamente pequeños.
Intestinal (p. Ej., Pólipos de coral, holoturias, esponjas, lirios de mar).
Equinodermos (por ejemplo, estrellas de mar).
Gusanos (por ejemplo, lombrices de tierra, sanguijuelas, tenias).
De cuerpo blando o almejas (p. Ej., Caracol, sepia, ostra).
Artrópodos (insectos, cangrejos, arañas, ciempiés).
Vertebrados (peces, ranas, lagartos, pájaros, animales).

Se cree que los más simples (clase 1) fueron los primeros representantes del mundo animal, y en la antigüedad habitaban el caldo cálido de los océanos del mundo, en el que se disolvieron numerosos elementos químicos y compuestos. Sus organismos consistían en una sola célula, que se abrió paso a la vida, moviendo sus flagelos o seudópodos y trabajando "para uno" en relación con la nutrición, el movimiento, la autoconservación y la reproducción.

Primera actualización: diferenciación celular e interfaz química

El siguiente paso en el desarrollo de los animales fue la aparición de organismos multicelulares. Un grupo de células ya puede "rodear" a la presa y, mediante esfuerzos conjuntos, crear un entorno químico que dividirá las células individuales (y no solo) atrapadas en elementos "comestibles".

Así es exactamente como actúan los representantes de la 2da y 3ra clase de animales. Intestinal y equinodermos son criaturas simétricas redondas, inactivas.

De la clase de coelenterados, muchos llevan completamente el estilo de vida de las plantas, creciendo toda su vida en un solo lugar. Su cavidad digestiva también tiene la apariencia de una bolsa, y se usan tanto para comida como para defecar con el mismo orificio. Los equinodermos ya tienen un canal digestivo.

Pero desde el punto de vista de la evolución, una característica mucho más importante de los organismos multicelulares es que sus células no pueden permanecer iguales entre sí, porque algunas de ellas se encuentran en las profundidades del cuerpo y otras en la superficie. Hay una especialización de las células: los cuerpos que yacen en las cubiertas se adaptan al "servicio" de irritabilidad y sensibilidad, otros, los más profundos, principalmente para formar cambios, a la "contractilidad", para garantizar movimientos primitivos . Estos movimientos, incluso si son erráticos y no apuntan a nada, ayudaron a los multicelulares simplemente porque los animales en movimiento tenían mejores oportunidades en la lucha por la vida que los completamente inmóviles.

Cada proceso fisiológico está asociado con cualquier transformación química en la célula. Las células receptivas de la superficie del cuerpo, que adquirieron una mayor irritabilidad, también secretaron algunos productos metabólicos químicos durante su actividad.

Está claro que aquellos individuos en quienes, tal vez por accidente, las células musculares se excitaban por la acción de sustancias receptivas que penetraban en ellas, recibieron una ventaja biológica seria, casi decisiva, sobre otras. Si bien estos últimos solo eran capaces de movimientos espontáneos, a veces los primeros simplemente eran inútiles, y a veces los primeros estaban fuera de lugar, los individuos de la nueva "marca" podían reaccionar a irritaciones externas (por ejemplo, voltear para enfrentar a la presa o volver al peligro) .

Este nuevo fenómeno en la Tierra, la reactividad, fue al principio radical, indiscriminado y difuso, como dicen en fisiología. Incluso ahora podemos observar una irritabilidad y reactividad difusas similares en varios organismos inferiores: hasta que la tocas, permanece en silencio; toque: comienzan los movimientos desordenados generales del cuerpo, cuanto más significativo, más fuerte es la irritación.

Así es como se revelaron en la naturaleza las primeras sustancias químicas que estimulan el músculo, los intermediarios primitivos entre la superficie receptiva del cuerpo y los músculos. En fisiología, estas sustancias se llaman mediadores - mediadores, y hasta el día de hoy juegan un papel muy importante para los movimientos en los organismos más elevados (incluido el Homo Sapiens). Cada vez que caminamos o realizamos ejercicios de gimnasia, ejercemos tensión arbitrariamente en un músculo u otro, se libera una gota microscópicamente pequeña de una sustancia que tiene 500 millones de años en sus terminaciones nerviosas.

En las siguientes generaciones de organismos, poco a poco comenzaron a separarse los canales, especialmente adaptados para la entrega de mediadores químicos. Sin embargo, estas "vías fluviales de comunicación" aún no habían logrado tomar forma y proporcionar al menos un direccionamiento selectivo de mediadores a grupos musculares particulares; ocurrió otro evento cuya importancia biológica era inconmensurablemente mayor.

Desarrollo de interfaz eléctrica

Cada fenómeno químico tiene su propia "llamarada" eléctrica, acompañada de varias oscilaciones del potencial eléctrico.

Sucedió (en el orden de cambios innatos aleatorios, o incluso cómo) que, en algunos casos, sus células musculares eran excitables no solo por el efecto químico directo del mediador, sino también por el satélite eléctrico solo de este último, por esa escurridiza vibración eléctrica, que siempre estuvo acompañado.

Las ventajas del método de transmisión de señal eléctrica sobre el químico son obvias. Primero, la onda de un pulso eléctrico tiene una velocidad mucho mayor que una solución que rezuma a lo largo de las ranuras intersticiales, lo que significa que le permite a su titular reaccionar muchas veces más rápido. En segundo lugar, un impulso de estimulación eléctrica conlleva al menos algunas posibilidades para su "enrutamiento" a uno u otro grupo muscular, mientras que un líquido que contiene un mediador necesariamente lavó todo el cuerpo. No es sorprendente que el principio "telegráfico" de la transmisión de impulsos excitantes, recientemente descubierto por la naturaleza, comenzó a ganar enérgicamente una posición dominante.

Aislar gradualmente las fibras, que mostraron la mejor conductividad para las biocorrientes. Tales fibras eran largos procesos de células. Especializados en la transmisión de impulsos (es hora de comenzar a llamarlos impulsos nerviosos ), las fibrillas formaron redes dentro del cuerpo, permitiéndoles transmitir señales a las partes necesarias del cuerpo.

Pero en esta etapa, las redes nerviosas solo eran responsables de la transferencia de datos, como los postes telegráficos.

Separación de la boca del ano.

Una circunstancia importante fue la aparición en la Tierra de formas animales oblongas, como salchichas. Las clases de animales (segunda y tercera según nuestra clasificación) que se han descrito hasta ahora tienen formas simétricas redondas, con una boca que se abre en el medio.

La forma del cuerpo de los inferiores, intestinales, menos definidos; son, de hecho, bolsas de un solo orificio, lo que las obliga a reemplazar el parto natural del cuerpo con vómitos. Los equinodermos que están más avanzados en su desarrollo (a través del canal digestivo) tienen una estructura radiante, y alrededor de la boca central tienen cinco procesos simétricos (rayos en las estrellas de mar, lóbulos como el limón y en el erizo de mar, etc.).

Son reemplazados por animales oblongos de las clases 4 y 5 (más tarde - gusanos ymoluscos ) con un tubo digestivo que se extiende a lo largo de todo su cuerpo, con una boca que se abre en uno y el ano en el otro extremo. En la boca, ese era todo el punto.

Está claro que el extremo oral del cuerpo es su extremo activo. Está buscando comida, es el primero en enfrentarse a la presa, el primero, y el peligro. Por lo general, avanza.

El extremo frontal del cuerpo es más importante que cualquier otro punto en él, de manera sutil y oportuna para sentir las propiedades de lo que tocó, a lo que se arrastró. Pero además del agravamiento de los antiguos tipos de sensibilidad (táctil, temperatura, sabor, química), que se pueden combinar bajo el nombre general de "contacto" o "sensibilidad de contacto directo", comienzan a desarrollarse tipos cualitativamente nuevos y más avanzados de órganos sensoriales en la parte frontal, boca y final.

Es conveniente que los nuevos receptores se apropien, utilizando el prefijo ampliamente adoptado en el lenguaje técnico, el nombre de los telereceptores. Por analogía de esta palabra con términos como teléfono, telégrafo, televisión, etc., es fácil entender su significado: estamos hablando de receptores de largo alcance o de largo alcance.

Cada uno de los antiguos tipos de receptores de contacto, mutantes, dio lugar a uno de los mejorados de largo alcance. El órgano de la sensibilidad química, el sabor, dio origen al telereceptor químico, el órgano del olfato. La sensibilidad táctil del extremo frontal, el adelgazamiento, se convirtió en sensibilidad a los choques frecuentes y pequeños, o las vibraciones transmitidas desde lejos a través del entorno: al órgano de la audición, los sonidos de "audición", que no son más que vibraciones, o vibraciones, agua o aire. .

Finalmente, la sensibilidad al contacto con la temperatura se transformó primero en susceptibilidad al calor radiante, y luego a la energía radiante de la parte más poderosa del espectro solar: la energía de la luz. A partir de aquí, así, surgió la visión.

Con la llegada de los telereceptores (percibidos), el mundo circundante se ha vuelto mucho más grande en volumen que el animal mismo. Ahora era posible ver, oler, escuchar presas o peligros desde lejos y, en consecuencia, moverse hacia él o desde él.

La posesión de telereceptores ha generado una serie de nuevas necesidades para el cuerpo, tales como:

coordinación de movimientos de varias partes del cuerpo para que pueda moverse en una dirección determinada como un todo;
un mecanismo para planificar acciones o movimientos para que sea posible desarrollar tácticas para atacar o defenderse de un objeto detectado a distancia (antes de tiempo);
los comienzos de la memoria , aunque solo sea para recordar el plan de acción mencionado anteriormente.

Para satisfacer las necesidades anteriores, los animales han acumulado células nerviosas llamadas ganglios nerviosos, o ganglios, que han asumido las funciones de coordinación, planificación y memorización.

Naturalmente, estos centros son los más adecuados para colocarse en la parte delantera, por así decirlo, en el puente del capitán de todo el cuerpo, donde se encuentran todos los teleceptores y de dónde proviene la vista más abierta.

De esta manera, el extremo de la boca fue primero, de acuerdo con la lógica inevitable de las cosas, el extremo frontal del cuerpo, y luego, al estar equipado como el frente con telereceptores de alto grado, se convirtió en el extremo de la cabeza del cuerpo y, finalmente, su extremo principal.

Paradójicamente, fue la separación de la boca del ano lo que llevó a los ojos, oídos, nariz y cerebro.

Mirando hacia el futuro, notamos que las características fisiológicas de los reptiles casi llevaron a la aparición de un segundo cerebro en ellos, ubicado precisamente en el área del ano. Pero sobre esto, sigue leyendo.

Cómo los discos anisotrópicos cambiaron el mundo

Antes de la aparición de los discos anisotrópicos, el antiguo reino animal era lento y sin prisas. Los músculos de los animales en esos días eran capaces de movimientos débiles y lentos. Pero luego apareció un nuevo elemento que hizo posible la formación de un tipo de músculo completamente nuevo.

Los discos anisotrópicos son células especiales que son capaces de contracciones fulminantes bajo la influencia de la corriente eléctrica. Es por esto que las alas de un mosquito o moscas pueden hacer varios cientos de movimientos por segundo.

Otra propiedad de los discos anisotrópicos es la alta potencia mecánica generada por su reducción. Con el mismo peso, los discos anisotrópicos producen miles de veces más potencia que las células de los músculos lisos más viejos .

Los discos anisotrópicos resolvieron con tanto éxito los problemas de velocidad y potencia que los cuerpos de los organismos, al contrario del orden habitual de las cosas, comenzaron a adaptarse en todos los sentidos al uso de discos anisotrópicos (y no viceversa, es decir, no esperaron hasta que los discos anisotrópicos se adaptaran a las características del cuerpo).

De hecho, los discos anisotrópicos eran tan potentes y rápidos que los antiguos organismos de cuerpo blando simplemente podían romperse cuando se usaban. Por lo tanto, en primer lugar, se tomaron medidas para suavizar el efecto explosivo de los discos anisotrópicos.

En primer lugar, el efecto explosivo de la acción de los discos anisotrópicos se compensa con el hecho de que en los músculos de animales y humanos, los discos anisotrópicos se alternan con células elásticas del tejido tendinoso (isoelementos), que desempeñan el papel de amortiguadores. Una larga cadena de células anisotrópicas e isotrópicas alternas forma fibras musculares, que se deben precisamente a esta alternancia de células que se denominan músculo estriado .

En segundo lugar, cada fibra del nervio motor se empalma por sus ramas en un paquete de 10 a 100 fibras musculares, que, obviamente, bajo la influencia de sus impulsos pueden moverse solo de la misma manera y todo es igual. Este paquete de fibras musculares se llama myon.. Cada músculo de nuestro cuerpo, dependiendo de su tamaño, consta de varias decenas o cientos de iones.

En tercer lugar, cada disco anisotrópico se encoge durante una milésima de segundo, y luego debe "descansar" durante un tiempo que dura 3-4 veces más que la contracción. Por lo tanto, el sistema nervioso envía a los músculos una serie completa de pulsos de excitación con una frecuencia de 50-200 hertzios, para que la acción muscular iniciada previamente pueda continuar.

Cuarto, todas las células musculares se colocan en un fluido espeso y viscoso llamado sarcoplasma. Este fluido, a su vez, proporciona movimientos musculares suaves. Tenga en cuenta que la velocidad de movimiento excepcional de algunos representantes de la fauna (por ejemplo, las mismas moscas) se asocia con una cantidad insignificante de sarcoplasma en sus músculos.

Artrópodos versus Vertebrados

Por lo tanto, existe una fuente poderosa y rápida de fuerza motriz: el músculo estriado.

Según Bernstein, el asunto fue como si en una gran competencia anunciada por la vida por el mejor equipo para el músculo estriado, el primer premio se dividiera entre dos proyectos diferentes. Ambos, en la consideración inicial, parecían resolver igualmente bien e ingeniosamente el problema planteado por la competencia, aunque lo resolvieron de maneras muy diferentes.

Uno de los proyectos estaba bajo el lema Artrópodos (artrópodos), el otro bajo el lema Vertebrata (vertebrados). Ambos proyectos procedieron del músculo estriado como algo "ya dado", y ambos lo combinaron con esqueletos rígidos, articulares y móviles; ambos obviamente pertenecían a las "condiciones técnicas" de la competencia.

Los artrópodos crearon esqueletos externos rígidos como una armadura de caballero, y colocaron músculos estriados en ellos. Todos los elementos sólidos de la armadura, las articulaciones, están interconectados con un grado u otro de movilidad. De ahí el nombre de la clase: artrópodos.

Los vertebrados fueron exactamente al revés. Colocaron un esqueleto sólido dentro del cuerpo, "envolviéndolo" con músculos en todos los lados. El elemento central del esqueleto es una columna vertebral que consiste en segmentos individuales. Su estructura se mantiene debido al "enrollamiento" de los músculos que tiran de cada vértebra simultáneamente en diferentes direcciones.

La ventaja del proyecto de artrópodos fue que la estructura de su cuerpo resolvió simultáneamente 2 tareas adicionales (además de las motoras): proporcionó al cuerpo una armadura, y al mismo tiempo proporcionó estabilidad. De hecho, incluso los insectos muertos mantienen una posición estable del cuerpo, ya que no requiere tensión muscular.

El diseño de los vertebrados, obviamente, no tenía las ventajas indicadas, ya que no proporcionaba una armadura inicialmente rígida y requería una tensión muscular constante para mantener la estabilidad. Después de todo, como sabes, cualquier vertebrado, cuando muere, debe caer. Pero estas deficiencias fueron más que compensadas por grados adicionales de libertad en los movimientos y flexibilidad.

Según Bershtein, fue el movimiento limitado de los artrópodos lo que los llevó a un "impasse evolutivo", ya que no tenían la necesidad de desarrollar un "aparato administrativo" para movimientos complejos. Aunque, por supuesto, las formas complejas y magníficamente organizadas de existencia de algunos insectos, como las abejas o las termitas, no pueden dejar de sorprendernos.

Al mismo tiempo, los nuevos grados de libertad en los movimientos que aparecieron en los vertebrados crearon los requisitos previos para el desarrollo de su sistema nervioso superior.

Sea como fuere, ambos proyectos se han implementado con éxito y actualmente representan las formas de vida dominantes en nuestro planeta.

¿A dónde fueron los dinosaurios?

La parte final de nuestro ensayo está dedicada al curioso punto de vista de Bershtein sobre la causa de la extinción de los dinosaurios.

Como saben, los primeros vertebrados fueron peces antiguos. Sus representantes todavía se pueden encontrar en los océanos: tiburones, rayas, etc. De los peces posteriores, se distinguen por la ausencia de esqueletos óseos inherentes a los ruffs, lucios y perchas.

Los anfibios y anfibios (ranas, tritones) fueron los primeros entre los vertebrados que treparon a la tierra. Negocio claro, para ellos se requería una "actualización" más: el desarrollo de extremidades, sin las cuales no es muy posible arrastrarse por tierra.

De los anfibios y los anfibios descendieron posteriormente los reptiles que reinaron en tierra durante mucho tiempo, llegando a su punto máximo en el período Jurásico. Érase una vez, los reptiles existían en el mundo en una gran cantidad de órdenes y especies, poseyendo tanto la superficie del agua como la tierra y el aire.

En nuestro tiempo, de toda esta abundancia de reptiles solo sobrevivieron los restos, solo cuatro órdenes: lagartos, tortugas, serpientes y cocodrilos.

Como saben, los dinosaurios no han podido desarrollar el cerebro. La razón de esto, aparentemente, fueron las características de su fisiología y tamaño.

Se sabe y mide con precisión que la velocidad con la que una señal de excitación electroquímica (un impulso nervioso se propaga a lo largo de un nervio) es muy diferente en animales de sangre fría y de sangre caliente. Una onda de excitación atraviesa el nervio de la rana a una velocidad de 8-10 metros por segundo, y a lo largo del nervio del gato o del ser humano a una velocidad de 100-120 metros por segundo.

Ahora hagamos un cálculo simple.

Imagina que alguien mordió una lagartija gigante de treinta metros detrás de su pata trasera, y él, sintiendo dolor, sacó su pata o golpeó a su ofensor. Para el camino del dolor tenemos: una pata de 6 metros, un tronco de 10 metros, un cuello de otros 10 metros, un total de 26 metros, es decir, tres segundos en una dirección. Ponemos la misma cantidad para el orden motor de respuesta del cerebro a los músculos de las piernas; a esto se debe agregar al menos un segundo más a la velocidad de reacción en el cerebro mismo. Como resultado, resulta que desde el momento de la mordida hasta el comienzo del movimiento recíproco transcurren siete segundos, un tiempo muy largo, si miras el segundero de tu reloj de pulsera y "soportas" siete segundos, seguiéndolo cuidadosamente.

La medición de los esqueletos supervivientes de los dinosaurios gigantes jurásico y cretáceo muestra que tenían una pequeña cabeza en su largo y poderoso cuello, que era tan adecuada para ellos en proporciones como un ratón nos vendría bien. Y en esta cabeza exorbitantemente pequeña, la mayor parte estaba ocupada por el esqueleto facial, con una boca con dientes, mientras que la parte del cerebro seguía siendo un contenedor muy cercano e insignificante. Comprenderemos esto más fácilmente si consideramos que un animal que se vería obligado a "preguntar" sobre todos sus movimientos en el cerebro y esperar respuestas durante siete segundos sería inviable.

Obviamente, la parte predominante de sus reacciones motoras procedió solo bajo el control de la médula espinal. Esto dio un acortamiento muy significativo de la ruta nerviosa: segundos a dos o tres. De hecho, muchos de estos lagartos en el canal espinal, el receptáculo de la médula espinal, tienen hinchazón en la región lumbar y el sacro, donde comienzan los nervios de las patas traseras. Esta hinchazón sugiere que en este lugar la médula espinal se agrandó, y de manera muy significativa: aquí era incluso más grande que el cerebro.

Entonces, según N.A.Bershtein, fue la tasa de transferencia de datos la que jugó un papel decisivo en la determinación del resultado de la batalla entre la nueva clase de mamíferos y reptiles.

Una nueva y joven clase de mamíferos, de sangre caliente, temperamental, con un cerebro muy enriquecido, así como medios motores, resultó ser un adversario insuperable para los reptiles. Los depredadores diestros y medianos se abalanzaron sobre estas montañas de carne de movimiento lento, como si estuvieran preparados a propósito para ellos, y rápidamente se volvieron obsoletos debido a su manejo verdaderamente depredador.

En otras palabras, los dinosaurios no desaparecieron como resultado de un meteorito o glaciares. ¡Se tragaron sangre caliente!