🕐 🦇 🌘 L'évolution animale comme une série de percées technologiques ☀️ 🙌 🏙️

Pendant les années scolaires, l'étude de diverses classes d'animaux était perçue comme un travail intensif. Ce peu qui a été appris à l'école a été oublié en toute sécurité, et jusqu'à récemment, je pouvais à peine classer un escargot ou une sangsue dans l'une ou l'autre classe - comme probablement la plupart des habitués de Habr et GT. Et pourquoi avez-vous besoin de vous en souvenir?

Mais récemment, un livre de Nikolai Aleksandrovich Bernshtein , écrit dans les années 40 du XXe siècle et publié seulement à la fin du siècle dernier, est tombé entre les mains de . Le titre du livre est Sur l'agilité et son développement . Le livre regorge de découvertes de toutes sortes, et je recommande de le lire à tout le monde et à tout le monde.

Et dans ce court article, je vais essayer de décrire brièvement le point de vue de l’auteur sur la façon dont l’évolution du monde animal est le résultat d’une série de «percées technologiques» clés visant le développement des mouvements. J'espère vraiment que cet essai aidera à attirer l'attention sur l'héritage scientifique du brillant physiologiste N. A. Bershtein.

Commençons donc par la classification des animaux. Bernstein les divise en 7 classes principales:

Les plus simples sont les animaux unicellulaires, microscopiquement petits.
Intestinale (par exemple, polypes coralliens, holothuries, éponges, nénuphars).
Échinodermes (par exemple, étoile de mer).
Vers (p. Ex. Vers de terre, sangsues, ténias).
Corps mou ou palourdes (p. Ex. Escargot, seiche, huître).
Arthropodes (insectes, écrevisses, araignées, mille-pattes).
Vertébrés (poissons, grenouilles, lézards, oiseaux, animaux).

On pense que les plus simples (classe 1) étaient les premiers représentants du monde animal, et dans les temps anciens, ils habitaient le bouillon chaud des océans du monde, dans lequel de nombreux éléments et composés chimiques étaient dissous. Leurs organismes étaient constitués d'une seule cellule, qui elle-même a fait son chemin dans la vie, déplaçant ses flagelles ou pseudopodes et travaillant "pour une" en relation avec la nutrition, le mouvement, l'auto-préservation et la reproduction.

Première mise à niveau: différenciation cellulaire et interface chimique

L'étape suivante du développement des animaux a été l'émergence d'organismes multicellulaires. Un groupe de cellules est déjà capable «d'entourer» la proie et, par des efforts conjoints, de créer un environnement chimique qui divisera les cellules isolées (et pas seulement) piégées en éléments «comestibles».

C'est exactement ainsi que les représentants des 2e et 3e classes d'animaux agissent. Les intestinaux et les échinodermes sont des créatures inactives à symétrie ronde.

De la classe des coelentérés, beaucoup mènent complètement le mode de vie des plantes, poussant toute leur vie au même endroit. Leur cavité digestive a également l'apparence d'un sac, et ils utilisent à la fois pour la nourriture et pour la défécation avec le même trou. Les échinodermes ont déjà un canal digestif traversant.

Mais du point de vue de l'évolution, une caractéristique beaucoup plus importante des organismes multicellulaires est que leurs cellules ne peuvent donc pas rester égales les unes aux autres, car certaines d'entre elles sont situées dans les profondeurs du corps et d'autres à la surface. Une spécialisation des cellules apparaît: celles qui se trouvent sur le tégument du corps s'adaptent au "service" de l'irritabilité et de la sensibilité, d'autres, les plus profondes, principalement pour façonner les changements, à la "contractilité", pour assurer des mouvements primitifs . Ces mouvements, même s'ils étaient erratiques et ne visaient à rien, ont aidé le multicellulaire simplement parce que les animaux en mouvement avaient de meilleures chances dans la lutte pour la vie que ceux complètement immobiles.

Chaque processus physiologique est associé à toute transformation chimique de la cellule. Les cellules réceptives de la surface du corps, qui ont acquis une irritabilité accrue, ont également sécrété certains produits métaboliques chimiques d'eux-mêmes au cours de leur activité.

Il est clair que les individus chez lesquels, peut-être purement par accident, les cellules musculaires étaient excitables sous l'action des substances réceptives qui y pénétraient, bénéficiaient d'un avantage biologique sérieux, presque décisif, sur les autres. Alors que ces derniers n'étaient capables que de mouvements spontanés, parfois les premiers étaient tout simplement inutiles, et parfois les premiers n'étaient pas à leur place, les individus de la nouvelle «marque» pouvaient réagir aux irritations extérieures (par exemple, se tourner vers la proie ou retourner au danger) .

Ce nouveau phénomène sur Terre - la réactivité - fut d'abord balayant, aveugle et diffus, comme on dit en physiologie. Même maintenant, nous pouvons observer une irritabilité et une réactivité diffuses similaires dans divers organismes inférieurs: jusqu'à ce que vous le touchiez, il repose tranquillement; toucher - les mouvements généraux désordonnés du corps commencent, plus ils sont importants, plus l'irritation est forte.

C'est ainsi que les premières substances chimiques stimulant le muscle - intermédiaires primitifs entre la surface réceptrice du corps et les muscles - se sont révélées dans la nature. En physiologie, ces substances sont appelées médiateurs - médiateurs, et à ce jour, elles jouent un rôle très important pour les mouvements des organismes les plus élevés (y compris l'Homo Sapiens). Chaque fois que nous marchons ou faisons des exercices de gymnastique, nous tendons arbitrairement un muscle ou un autre, une petite goutte microscopique d'une substance vieille de 500 millions d'années est libérée à ses terminaisons nerveuses.

Dans les générations suivantes d'organismes, progressivement commencé à séparer les canaux, spécialement adaptés pour la livraison de médiateurs chimiques. Cependant, ces «voies de communication» n'avaient pas encore réussi à prendre forme et à fournir au moins une certaine approche sélective des médiateurs à des groupes musculaires particuliers; un autre événement s'est produit dont la signification biologique était incommensurablement plus grande.

Développement d'interface électrique

Chaque phénomène chimique a sa propre «torche» électrique, accompagnée de diverses oscillations du potentiel électrique.

Il se trouve que (dans l'ordre des changements innés aléatoires, ou même comment), dans certains cas, leurs cellules musculaires étaient excitables non seulement de l'effet chimique direct du médiateur, mais aussi du seul satellite électrique de ce dernier - de cette vibration électrique insaisissable, il était toujours accompagné.

Les avantages de la méthode de transmission du signal électrique par rapport à la méthode chimique sont évidents. Premièrement, l'onde d'une impulsion électrique a une vitesse beaucoup plus grande qu'une solution qui suinte le long des fentes interstitielles, ce qui signifie qu'elle permet à son porteur de réagir plusieurs fois plus rapidement. Deuxièmement, une impulsion de stimulation électrique comporte au moins quelques possibilités de «routage» vers l'un ou l'autre groupe musculaire, tandis qu'un fluide contenant un médiateur a nécessairement lavé tout le corps. Il n'est pas surprenant que le principe «télégraphique» de la transmission d'impulsions excitantes, nouvellement découvert par la nature, ait commencé à gagner énergiquement une position dominante.

Isolez progressivement les fibres, qui présentent la meilleure conductivité pour les biocourants. Ces fibres étaient de longs processus cellulaires. Spécialisées dans la transmission des impulsions (il est temps de commencer à les appeler impulsions nerveuses ), les fibrilles ont formé des réseaux à l'intérieur du corps, leur permettant de transmettre des signaux aux parties nécessaires du corps.

Mais à ce stade, les réseaux nerveux n'étaient responsables que du transfert de données, comme les poteaux télégraphiques.

Séparation de la bouche de l'anus

Une circonstance importante a été l'apparition sur Terre de formes animales oblongues ressemblant à des saucisses. Les classes d'animaux (2e et 3e selon notre classification) qui ont été décrites jusqu'à présent ont des formes rondes symétriques, avec une ouverture buccale au milieu.

La forme du corps de la partie inférieure d'entre eux, intestinale, moins définie; ce sont en fait des sacs à trou unique qui les obligent à remplacer l'accouchement naturel du corps par des vomissements. Les échinodermes qui sont plus avancés dans leur développement (par le canal digestif) ont une structure rayonnante et autour de la bouche centrale, ils ont cinq processus symétriques (rayons dans l'étoile de mer, les lobules de citron et l'oursin de mer, etc.).

Ils sont remplacés par des animaux oblongs des classes 4 et 5 (plus tard - vers etmollusques ) avec un tube digestif s'étendant sur toute la longueur de leur corps, avec une bouche s'ouvrant à l'une et l'anus à l'autre extrémité. Dans la bouche, c'était tout.

Il est clair que l'extrémité orale du corps est son extrémité active. Il est à la recherche de nourriture, il est le premier à affronter sa proie, le premier - et le danger. Il va généralement de l'avant.

L'extrémité avant du corps est plus importante que tout autre point sur lui, subtilement et en temps opportun pour ressentir les propriétés de ce qu'il a touché, de ce qu'il a rampé. Mais en plus de l'aggravation des anciens types de sensibilité (tactile, température, goût, chimique), qui peuvent être combinés sous le nom général de «contact» ou «sensibilité de contact direct», des types qualitativement nouveaux et plus avancés d'organes sensoriels commencent à se développer à l'avant, à la bouche et à la fin.

Il est commode pour les nouveaux récepteurs de s'approprier, en utilisant le préfixe largement adopté dans le langage technique, le nom des télérécepteurs. Par analogie de ce mot avec des termes tels que téléphone, télégraphe, télévision, etc., il est facile de comprendre sa signification: nous parlons de récepteurs à longue portée ou à longue portée.

Chacun des anciens types de récepteurs de contact, en mutation, a donné naissance à l'une des améliorations à longue portée. L'organe de sensibilité chimique - le goût - a donné naissance au télérécepteur chimique - l'organe de l'odorat. La sensibilité tactile de la face avant, amincie, s'est transformée en sensibilité aux chocs fréquents et faibles, ou aux vibrations transmises de loin à travers l'environnement: à l'organe de l'ouïe, aux sons «auditifs», qui ne sont que des vibrations, ou des vibrations, de l'eau ou de l'air .

Enfin, la sensibilité au contact avec la température s'est d'abord transformée en sensibilité à la chaleur rayonnante, puis à l'énergie rayonnante de la partie la plus puissante du spectre solaire - l'énergie lumineuse. De là, donc, la vision a surgi.

Avec l'avènement des télérécepteurs (perçus), le monde environnant est devenu beaucoup plus volumineux que l'animal lui-même. Il était désormais possible de voir, de sentir, d'entendre des proies ou des dangers de loin et, par conséquent, de s'y rendre ou de s'en éloigner.

La possession de télérécepteurs a généré un certain nombre de nouveaux besoins pour le corps, tels que:

coordination des mouvements de différentes parties du corps afin que vous puissiez vous déplacer dans une direction donnée dans son ensemble;
un mécanisme pour planifier des actions ou des mouvements afin qu'il soit possible de développer des tactiques pour attaquer ou se défendre contre un objet détecté à distance (à l'avance);
les débuts de la mémoire , ne serait-ce que pour se souvenir du plan d'action mentionné ci-dessus.

Pour répondre aux besoins ci-dessus, les animaux ont accumulé des cellules nerveuses appelées nœuds nerveux, ou ganglions, qui ont pris en charge les fonctions de coordination, de planification et de mémorisation.

Naturellement, ces centres sont les mieux adaptés pour être placés sur l'extrémité avant, pour ainsi dire, sur le pont du capitaine de tout le corps, où se trouvent tous les récepteurs, et d'où la vue la plus ouverte est.

De cette façon, l'embouchure était d'abord, selon la logique inévitable des choses, l'extrémité avant du corps, puis, étant équipée à l'avant de télécepteurs de haute qualité, elle est devenue la tête du corps et, enfin, son extrémité principale.

Paradoxalement, c'est la séparation de la bouche de l'anus qui a conduit aux yeux, aux oreilles, au nez et au cerveau.

Pour l'avenir, nous notons que les caractéristiques physiologiques des reptiles ont presque conduit à l'apparition de leur deuxième cerveau, situé précisément dans la zone de l'anus. Mais à ce sujet - lisez la suite.

Comment les disques anisotropes ont changé le monde

Avant l'émergence des disques anisotropes, l'ancien règne animal était lent et sans hâte. Les muscles des animaux à cette époque n'étaient capables que de mouvements faibles et lents. Mais un nouvel élément est apparu qui a permis la formation d'un type de muscle complètement nouveau.

Les disques anisotropes sont des cellules spéciales qui sont capables de contractions fulminantes sous l'influence du courant électrique. C'est pour cette raison que les ailes d'un moustique ou d'une mouche sont capables de faire plusieurs centaines de mouvements par seconde.

Une autre propriété des disques anisotropes est la puissance mécanique élevée générée par leur réduction. Au même poids, les disques anisotropes produisent des milliers de fois plus de puissance que les cellules des muscles lisses plus âgés .

Les disques anisotropes ont si bien résolu les problèmes de vitesse et de puissance que les corps des organismes, contrairement à l'ordre habituel des choses, ont commencé à s'adapter de toutes les manières à l'utilisation de disques anisotropes (et non l'inverse, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas attendu que les disques anisotropes soient adaptés aux caractéristiques du corps).

En effet, les disques anisotropes étaient si puissants et rapides que les anciens organismes à corps mou pouvaient simplement se briser lorsqu'ils étaient utilisés. Par conséquent, tout d'abord, des mesures ont été prises pour atténuer l'effet explosif des disques anisotropes.

Tout d'abord, l'effet explosif de l'action des disques anisotropes est compensé par le fait que dans les muscles des animaux et des humains, les disques anisotropes alternent avec les cellules élastiques du tissu tendineux (iso-éléments), qui jouent le rôle d'amortisseurs. Une longue chaîne de cellules anisotropes et isotropes alternées forme des fibres musculaires, qui sont précisément dues à cette alternance de cellules appelées muscle strié .

Deuxièmement, chaque fibre du nerf moteur est épissée par ses branches en un paquet de 10 à 100 fibres musculaires qui, évidemment, sous l'influence de ses impulsions, ne peuvent se déplacer que de la même manière et tout est pareil. Ce faisceau de fibres musculaires est appelé myon.. Chaque muscle de notre corps, selon sa taille, est constitué de plusieurs dizaines ou centaines d'ions.

Troisièmement, chaque disque anisotrope rétrécit pendant un millième de seconde, puis il doit «se reposer» pendant un temps qui dure 3 à 4 fois plus longtemps que le rétrécissement. Par conséquent, le système nerveux envoie aux muscles toute une série d'impulsions d'excitation avec une fréquence de 50-200 hertz, de sorte que l'action musculaire précédemment commencée peut être poursuivie.

Quatrièmement, toutes les cellules musculaires sont placées dans un liquide épais et visqueux appelé sarcoplasme. Ce fluide, à son tour, fournit des mouvements musculaires lisses. A noter que la vitesse de déplacement exceptionnelle de certains représentants de la faune (par exemple les mêmes mouches) est associée à une quantité négligeable de sarcoplasme dans leurs muscles.

Arthropodes contre vertébrés

Il existe donc une source puissante et rapide de force motrice - le muscle strié.

Selon Bernstein, l'affaire s'est déroulée comme si lors d'une grande compétition annoncée par la vie pour le meilleur équipement pour le muscle strié, le premier prix était réparti entre deux projets différents. Tous les deux, à première vue, semblaient tout aussi bien et plein d'esprit résoudre le problème posé par la compétition, bien qu'ils l'aient résolu de manière profondément différente.

L'un des projets était sous la devise Arthropoda (arthropodes), l'autre sous la devise Vertebrata (vertébrés). Les deux projets partaient du muscle strié comme quelque chose de «déjà donné», et tous deux le combinaient avec des squelettes rigides articulaires-mobiles; les deux appartenaient évidemment aux «conditions techniques» de la compétition.

Les arthropodes ont créé des squelettes externes rigides comme une armure chevaleresque et y ont placé des muscles striés. Tous les éléments solides de l'armure - les articulations - sont interconnectés avec un degré ou un autre de mobilité. D'où le nom de la classe: les arthropodes.

Les vertébrés ont fait exactement le contraire. Ils ont placé un squelette solide à l'intérieur du corps, "l'enveloppant" avec des muscles de tous les côtés. L'élément central du squelette est une colonne vertébrale composée de segments individuels. Sa structure est maintenue en raison de l '«enroulement» des muscles tirant simultanément chaque vertèbre dans différentes directions.

L'avantage du projet des arthropodes était que la structure de leur corps résolu simultanément 2 tâches supplémentaires (en plus de moteur): il a fourni le corps avec une armure, et en même temps a fourni la stabilité. En fait, même les insectes morts maintiennent une position corporelle stable, car elle ne nécessite pas de tension musculaire.

La conception des vertébrés n'avait évidemment pas les avantages indiqués, car elle ne prévoyait pas d'armure initialement rigide et nécessitait une tension musculaire constante pour maintenir la stabilité. Après tout, comme vous le savez, tout vertébré, lorsqu'il est tué, doit tomber. Mais ces lacunes ont été plus que compensées par des degrés de liberté supplémentaires dans les mouvements et la flexibilité.

Selon Bershtein, c'est le mouvement limité des arthropodes qui les a conduits à une «impasse évolutive», car ils n'avaient pas besoin de développer un «appareil administratif» pour les mouvements complexes. Bien sûr, les formes d'existence complexes et superbement organisées de certains insectes, comme les abeilles ou les termites, ne peuvent que nous surprendre.

Dans le même temps, de nouveaux degrés de liberté dans les mouvements qui sont apparus chez les vertébrés ont créé les conditions préalables au développement de leur système nerveux supérieur.

Quoi qu'il en soit, les deux projets ont été mis en œuvre avec succès et représentent actuellement les formes de vie dominantes sur notre planète.

Où sont passés les dinosaures?

La dernière partie de notre essai est consacrée au curieux point de vue de Bershtein sur la cause de l'extinction des dinosaures.

Comme vous le savez, les premiers vertébrés étaient des poissons anciens. Leurs représentants se trouvent encore dans les océans - requins, raies pastenagues, etc. Des poissons ultérieurs, ils se distinguent par l'absence de squelettes osseux inhérents aux collerettes, aux brochets et aux perchoirs.

Les amphibiens et les amphibiens (grenouilles, tritons) ont été les premiers parmi ces vertébrés qui sont montés à terre. Des affaires claires, pour eux une «mise à niveau» de plus était nécessaire: le développement des membres, sans lequel il n'est pas très possible de ramper par voie terrestre.

Des amphibiens et des amphibiens sont descendus par la suite des reptiles qui ont régné sur la terre pendant très longtemps, atteignant leur apogée dans la période jurassique. Il était une fois, les reptiles existaient sur le globe dans un grand nombre d'ordres et d'espèces, possédant à la fois la surface de l'eau, la terre et l'air.

À notre époque, de toute cette abondance de reptiles seuls les restes ont survécu, seulement quatre ordres: lézards, tortues, serpents et crocodiles.

Comme vous le savez, les dinosaures n'ont pas pu développer le cerveau. Apparemment, la raison en était les caractéristiques de leur physiologie et de leur taille.

Il est connu et mesuré avec précision que la vitesse à laquelle le signal d'excitation électrochimique - l'influx nerveux se propage le long du nerf - est très différente chez les animaux à sang froid et à sang chaud. Une onde d'excitation traverse le nerf de la grenouille à une vitesse de 8 à 10 mètres par seconde, et le long du nerf du chat ou de l'homme à une vitesse de 100 à 120 mètres par seconde.

Faisons maintenant un calcul simple.

Imaginez que quelqu'un mord un lézard géant de trente mètres derrière sa patte arrière et que, ressentant de la douleur, il tire sa patte ou frappe son agresseur. Pour le chemin de la douleur, nous avons: une patte de 6 mètres, un tronc de 10 mètres, un cou de 10 mètres supplémentaires, un total de 26 mètres, soit trois secondes dans un sens. Nous mettons la même quantité pour l'ordre moteur de réponse du cerveau aux muscles des jambes; à cela, il faut ajouter au moins une seconde de plus à la vitesse de réaction dans le cerveau lui-même. En conséquence, il s'avère que depuis le moment de la morsure jusqu'au début du mouvement réciproque, sept secondes s'écoulent - très longtemps, si vous regardez la seconde main de votre montre-bracelet et «endurez» sept secondes, en la suivant attentivement.

La mesure des squelettes survivants des dinosaures géants du Jurassique et du Crétacé montre qu'ils avaient une petite tête sur leur long cou puissant, qui leur convenait dans des proportions comme une souris nous conviendrait. Et dans cette tête exorbitante, la plus grande partie était occupée par le squelette facial - une bouche à pleines dents, tandis que la part du cerveau restait un récipient très proche et insignifiant. Nous comprendrons plus facilement cela si nous considérons qu'un animal qui serait forcé de «poser des questions» sur tous ses mouvements dans le cerveau et d'attendre des réponses pendant sept secondes ne serait pas viable.

De toute évidence, la partie prédominante de leurs réactions motrices s'est déroulée sous le contrôle de la moelle épinière seule. Cela a donné un raccourcissement très important de la voie nerveuse: quelques secondes à deux ou trois. En effet, un grand nombre de ces lézards dans le canal rachidien - le réceptacle de la moelle épinière - ont un gonflement dans la région lombaire et le sacrum, où commencent les nerfs des pattes postérieures. Ce ballonnement suggère qu'à cet endroit la moelle épinière a été agrandie, et de manière très significative: elle était ici encore plus grande que le cerveau.

Ainsi, selon N.A. Bershtein, c'est le taux de transfert de données qui a joué un rôle décisif dans la détermination de l'issue de la bataille entre la nouvelle classe de mammifères et de reptiles.

Une nouvelle et jeune classe de mammifères, à sang chaud, capricieux, avec un cerveau très enrichi, ainsi que des moyens moteurs, s'est avéré être un adversaire insurmontable pour les reptiles. Des prédateurs de taille moyenne et adroits ont bondi sur ces montagnes de viande au mouvement lent, comme s'ils avaient été intentionnellement préparés pour eux, et sont rapidement devenus obsolètes par leur gestion véritablement prédatrice.

En d'autres termes, les dinosaures n'ont pas disparu à cause d'une météorite ou de glaciers. Ils ont juste avalé le sang chaud!