🕣 🧖 👗 Evolusi hewan sebagai serangkaian terobosan teknologi 🕹️ 🤼 ♠️

Pada tahun-tahun sekolah, studi tentang berbagai kelas hewan dianggap sebagai tugas berat. Sedikit yang dipelajari di sekolah itu dilupakan dengan aman, dan sampai baru-baru ini, saya hampir tidak bisa menempatkan siput atau lintah di satu atau kelas lain - seperti, mungkin, sebagian besar pelanggan tetap Habr dan GT. Dan mengapa Anda perlu mengingatnya?

Namun baru-baru ini sebuah buku karya Nikolai Aleksandrovich Bernshtein , yang ditulis pada 40-an abad XX dan diterbitkan hanya pada akhir abad terakhir, jatuh ke tangan . Judul buku ini adalah On Agility dan Perkembangannya . Buku ini penuh dengan segala macam penemuan, dan saya sarankan membacanya untuk semua orang dan semua orang.

Dan dalam artikel singkat ini saya akan mencoba menguraikan secara singkat pandangan penulis tentang bagaimana evolusi dunia hewan adalah hasil dari serangkaian "terobosan teknologi" kunci yang ditujukan untuk pengembangan gerakan. Saya benar-benar berharap esai ini akan membantu menarik perhatian pada warisan ilmiah dari fisiolog brilian N. A. Bershtein.

Jadi, mari kita mulai dengan klasifikasi hewan. Bernstein membaginya menjadi 7 kelas utama:

Yang paling sederhana adalah uniseluler, hewan kecil secara mikroskopis.
Usus (mis., Polip karang, holothuria, spons, bunga lili laut).
Echinodermata (mis. Bintang laut).
Cacing (mis. Cacing tanah, lintah, cacing pita).
Berbadan lunak , atau kerang (mis., Siput, cumi-cumi, tiram).
Arthropoda (serangga, udang karang, laba-laba, kelabang).
Vertebrata (ikan, katak, kadal, burung, hewan).

Dipercayai bahwa yang paling sederhana (kelas 1) adalah perwakilan pertama dunia binatang, dan pada zaman kuno mereka mendiami kaldu hangat lautan dunia, di mana banyak unsur kimia dan senyawa larut. Organisme mereka hanya terdiri dari satu sel, yang dengan sendirinya membuat jalan ke kehidupan, menggerakkan flagela atau pseudopods dan bekerja "untuk satu" dalam kaitannya dengan nutrisi, dan gerakan, dan pelestarian diri, dan reproduksi.

Peningkatan pertama: diferensiasi sel dan antarmuka kimia

Langkah selanjutnya dalam pengembangan hewan adalah munculnya organisme multiseluler. Sekelompok sel sudah mampu "mengelilingi" mangsa dan dengan upaya bersama menciptakan lingkungan kimia yang akan membelah sel tunggal (dan tidak hanya) yang terperangkap ke dalam elemen yang "dapat dimakan".

Ini persis bagaimana perwakilan hewan kelas 2 dan 3 bertindak. Intestinal dan echinodermata adalah makhluk bulat-simetris, tidak aktif.

Dari kelas coelenterate, banyak yang menjalani sepenuhnya gaya hidup tanaman, menumbuhkan semua kehidupan mereka di satu tempat. Rongga pencernaan mereka juga memiliki penampilan tas, dan mereka menggunakan keduanya untuk makanan dan untuk buang air besar dengan lubang yang sama. Echinodermata sudah memiliki saluran pencernaan.

Tetapi dari sudut pandang evolusi, fitur yang jauh lebih penting dari organisme multisel adalah karena itu sel-sel mereka tidak dapat tetap sama satu sama lain, karena beberapa dari mereka terletak di kedalaman tubuh, dan yang lain di permukaan. Spesialisasi sel muncul: sel-sel yang terletak pada integumen tubuh beradaptasi dengan "layanan" dari sifat mudah marah dan sensitif, yang lain, yang lebih dalam, terutama untuk membentuk perubahan, "kontraktilitas", untuk memastikan gerakan primitif . Gerakan-gerakan ini, meskipun tidak menentu dan tidak bertujuan apa pun, membantu multiseluler hanya karena hewan yang bergerak memiliki peluang lebih baik dalam perjuangan untuk hidup daripada yang sama sekali tidak bergerak.

Setiap proses fisiologis dikaitkan dengan transformasi kimia apa pun di dalam sel. Sel reseptif pada permukaan tubuh, yang memperoleh peningkatan iritabilitas, juga mengeluarkan beberapa produk metabolisme kimia dari diri mereka sendiri selama aktivitas mereka.

Jelaslah bahwa individu-individu di mana, mungkin murni karena kebetulan, sel-sel otot dikeluarkan dari aksi zat reseptif yang menembus ke dalam mereka, menerima keuntungan biologis yang serius, hampir menentukan, lebih dari yang lain. Sementara yang terakhir ini hanya mampu melakukan gerakan spontan, kadang-kadang yang pertama tidak berguna, dan kadang-kadang yang tidak pada tempatnya, individu-individu dari "merek" baru dapat bereaksi terhadap iritasi eksternal (misalnya, berbalik menghadap mangsa atau kembali ke bahaya) .

Fenomena baru di Bumi ini - reaktivitas - pada awalnya menyapu, sembarangan, tidak jelas, seperti yang mereka katakan dalam fisiologi, menyebar. Bahkan sekarang kita dapat mengamati iritabilitas dan reaktifitas difus yang sama di berbagai organisme tingkat rendah: sampai Anda menyentuhnya, ia berada dengan tenang; sentuhan - gerakan tubuh yang tidak teratur mulai, semakin signifikan, semakin kuat iritasi.

Ini adalah bagaimana zat kimia pertama yang merangsang otot - perantara primitif antara permukaan reseptif tubuh dan otot - terungkap di alam. Dalam fisiologi, zat-zat ini disebut mediator - mediator, dan hingga hari ini mereka memainkan peran yang sangat penting untuk pergerakan dalam organisme tertinggi (termasuk Homo Sapiens). Setiap kali, ketika kita berjalan atau melakukan latihan senam, kita secara sewenang-wenang meregangkan satu otot atau yang lain, setetes zat yang secara mikroskopis kecil yang berusia 500 juta tahun dilepaskan pada ujung sarafnya.

Pada generasi organisme berikutnya, secara bertahap mulai memisahkan saluran, yang secara khusus diadaptasi untuk pengiriman mediator kimia. Namun, "saluran komunikasi" ini belum berhasil terbentuk dan memberikan setidaknya beberapa pengalamatan selektif dari mediator kepada kelompok otot tertentu, peristiwa lain terjadi yang signifikansi biologisnya jauh lebih besar.

Pengembangan Antarmuka Listrik

Setiap fenomena kimia memiliki "suar" listrik sendiri, disertai dengan berbagai osilasi dari potensi listrik.

Kebetulan (dalam urutan perubahan bawaan lahir, atau sesuatu seperti itu) bahwa dalam beberapa kasus sel-sel otot mereka ternyata tidak hanya dikeluarkan dari efek kimia langsung dari mediator, tetapi juga dari satelit listrik sendiri yang terakhir - dari getaran listrik kecil yang elusi, yang dia selalu ditemani.

Keuntungan dari metode transmisi sinyal listrik daripada yang kimia jelas. Pertama, gelombang pulsa elektrik memiliki kecepatan yang jauh lebih besar daripada solusi yang mengalir di sepanjang slot interstitial, yang artinya memungkinkan pemegangnya bereaksi berkali-kali lebih cepat. Kedua, impuls stimulasi listrik membawa setidaknya beberapa kemungkinan untuk "rute" ke satu atau beberapa kelompok otot lainnya, sementara cairan yang mengandung mediator harus mencuci seluruh tubuh. Tidak mengherankan bahwa prinsip “telegrafik” dari transmisi impuls-impuls yang menggairahkan, yang baru ditemukan oleh alam, mulai dengan penuh semangat memperoleh posisi memerintah.

Secara bertahap mengisolasi serat, menunjukkan konduktivitas terbaik untuk biocurrents. Serat seperti itu adalah proses sel yang panjang. Mengkhususkan diri dalam transmisi impuls (sekarang saatnya untuk mulai menyebutnya impuls saraf ), fibril membentuk jaringan di dalam tubuh, yang memungkinkan mereka mengirimkan sinyal ke bagian tubuh yang diperlukan.

Tetapi pada tahap ini, jaringan saraf hanya bertanggung jawab untuk transfer data, seperti tiang telegraf.

Pemisahan mulut dari anus

Keadaan penting adalah penampilan di Bumi berbentuk binatang, seperti sosis. Kelas-kelas hewan (ke-2 dan ke-3 menurut klasifikasi kami) yang telah dijelaskan sejauh ini memiliki bentuk bulat-simetris, dengan mulut terbuka di tengah.

Bentuk tubuh bagian bawahnya, usus, kurang jelas; sebenarnya, kantung berlubang tunggal, yang memaksa mereka untuk menggantikan pengiriman alami tubuh dengan muntah. Echinodermata yang lebih maju dalam perkembangannya (melalui saluran pencernaan) memiliki struktur bercahaya, dan di sekitar mulut pusat mereka memiliki lima proses simetris (sinar bintang laut, lobulus seperti lemon dan landak laut, dll.).

Mereka digantikan oleh hewan oblong dari kelas 4 dan 5 (kemudian - cacing danmoluska ) dengan tabung pencernaan membentang di seluruh panjang tubuh mereka, dengan mulut terbuka di satu dan anus di ujung lainnya. Dalam mulut, itulah intinya.

Jelas bahwa ujung oral tubuh adalah ujung aktifnya. Dia mencari makanan, dia yang pertama menghadapi mangsa, yang pertama - dan bahaya. Dia biasanya bergerak maju.

Ujung depan tubuh lebih penting daripada titik lain di atasnya, secara halus dan tepat waktu untuk merasakan sifat-sifat dari apa yang disentuhnya, apa yang dirayapi. Tetapi di samping kejengkelan jenis kepekaan kuno (taktil, suhu, rasa, bahan kimia), yang dapat digabungkan dengan nama umum "kontak" atau "kepekaan kontak langsung", jenis organ sensor yang secara kualitatif lebih maju mulai berkembang di bagian depan, mulut, dan ujung.

Lebih mudah bagi reseptor baru untuk menggunakan, dengan menggunakan awalan yang diadopsi secara luas dalam bahasa teknis, nama telereceptor. Dengan analogi kata ini dengan istilah-istilah seperti telepon, telegraf, televisi, dll., Mudah untuk memahami maknanya: kita berbicara tentang reseptor jangka panjang atau jarak jauh.

Masing-masing tipe reseptor kontak kuno, bermutasi, memunculkan salah satu jangka panjang yang ditingkatkan. Organ sensitivitas kimia - rasa - memunculkan telereceptor kimia - organ penciuman. Sensitivitas sentuhan ujung depan, penipisan, berubah menjadi sensitivitas terhadap guncangan yang sering dan kecil, atau getaran yang ditransmisikan dari jauh melalui lingkungan: ke organ pendengaran, suara "mendengar", yang tidak lain adalah getaran, atau getaran, air atau udara .

Akhirnya, sensitivitas kontak suhu pertama-tama diubah menjadi kerentanan terhadap panas radiasi, dan kemudian menjadi energi radiasi dari bagian paling kuat dari spektrum surya - energi cahaya. Dari sini, dengan demikian, muncullah visi.

Dengan munculnya telereceptor (dirasakan), dunia di sekitarnya telah menjadi jauh lebih besar volumenya daripada hewan itu sendiri. Sekarang adalah mungkin untuk melihat, mencium, mendengar mangsa atau bahaya dari jauh, dan, dengan demikian, pindah ke sana atau dari situ.

Kepemilikan telereceptor telah menghasilkan sejumlah kebutuhan baru bagi tubuh, seperti:

koordinasi gerakan berbagai bagian tubuh sehingga Anda bisa bergerak ke arah yang diberikan secara keseluruhan;
mekanisme untuk merencanakan tindakan atau gerakan sehingga memungkinkan untuk mengembangkan taktik untuk menyerang, atau membela diri dari, suatu objek yang terdeteksi dari kejauhan (sebelumnya);
awal dari ingatan , jika hanya untuk mengingat rencana tindakan yang disebutkan di atas.

Untuk memenuhi kebutuhan di atas, hewan telah mengumpulkan sel-sel saraf yang disebut simpul saraf, atau ganglia, yang telah mengambil alih fungsi koordinasi, perencanaan, dan menghafal.

Secara alami, pusat-pusat ini paling cocok untuk ditempatkan di ujung depan, sehingga dapat dikatakan, di jembatan kapten dari seluruh tubuh, di mana semua teleceptor berada, dan dari mana pandangan paling terbuka berasal.

Dengan cara ini, ujung mulut adalah yang pertama, menurut logika yang tak terelakkan, ujung depan tubuh, dan kemudian, dilengkapi sebagai bagian depan dengan telereceptor tingkat tinggi, itu menjadi ujung kepala tubuh dan, akhirnya, ujung utamanya.

Paradoksnya, pemisahan mulut dari anus yang mengarah ke mata, telinga, hidung, dan otak.

Ke depan, kami mencatat bahwa karakteristik fisiologis reptil hampir menyebabkan munculnya otak kedua di dalamnya, tepatnya terletak di daerah anus. Tetapi tentang ini - baca terus.

Bagaimana cakram anisotropik mengubah dunia

Sebelum munculnya piringan anisotropik, kerajaan hewan purba lambat dan tidak tergesa-gesa. Otot-otot hewan pada masa itu hanya mampu bergerak lemah dan lambat. Tetapi kemudian muncul elemen baru yang memungkinkan pembentukan tipe otot yang sama sekali baru.

Cakram anisotropik adalah sel khusus yang mampu kontraksi fulminan di bawah pengaruh arus listrik. Karena inilah sayap nyamuk atau lalat mampu membuat beberapa ratus gerakan per detik.

Properti lain dari cakram anisotropik adalah daya mekanis tinggi yang dihasilkan oleh reduksi mereka. Pada berat yang sama, cakram anisotropik menghasilkan kekuatan ribuan kali lebih banyak daripada sel-sel otot polos yang lebih tua .

Disk anisotropik sehingga berhasil menyelesaikan masalah kecepatan dan kekuatan sehingga tubuh organisme, bertentangan dengan urutan hal-hal yang biasa, mulai beradaptasi dengan segala cara dengan penggunaan disk anisotropik (dan bukan sebaliknya, yaitu, mereka tidak menunggu sampai disk anisotropik disesuaikan dengan karakteristik tubuh).

Memang, cakram anisotropik begitu kuat dan cepat sehingga organisme purba bertubuh lunak bisa pecah begitu saja saat digunakan. Oleh karena itu, pertama-tama, langkah-langkah diambil untuk memuluskan efek eksplosif dari disk anisotropik.

Pertama, efek ledakan aksi cakram anisotropik dikompensasi oleh fakta bahwa pada otot-otot hewan dan manusia, cakram anisotropik bergantian dengan sel-sel elastis dari jaringan tendon (iso-elements), yang berperan sebagai peredam kejut. Rantai panjang sel anisotropik dan isotropik bolak-balik membentuk serat otot, yang justru disebabkan oleh pergantian sel yang disebut otot lurik ini .

Kedua, setiap serat saraf motorik disambungkan oleh cabang-cabangnya ke dalam kumpulan 10-100 serat otot, yang, jelas, di bawah pengaruh impulsnya, hanya dapat bergerak dengan cara yang sama dan semuanya sama. Bundel serat otot ini disebut myon.. Setiap otot tubuh kita, tergantung pada ukurannya, terdiri dari beberapa puluh atau ratusan ion.

Ketiga, masing-masing disk anisotropik menyusut selama seperseribu detik, dan kemudian perlu "istirahat" untuk waktu yang berlangsung 3-4 kali lebih lama daripada penyusutan. Oleh karena itu, sistem saraf mengirimkan ke otot-otot serangkaian pulsa eksitasi dengan frekuensi 50-200 hertz, sehingga aksi otot yang dimulai sebelumnya dapat dilanjutkan.

Keempat, semua sel otot ditempatkan dalam cairan kental dan kental yang disebut sarkoplasma. Cairan ini, pada gilirannya, memberikan gerakan otot polos. Perhatikan bahwa kecepatan gerakan yang luar biasa dari beberapa perwakilan fauna (misalnya, lalat yang sama) dikaitkan dengan jumlah sarkoplasma yang dapat diabaikan dalam otot mereka.

Arthropoda versus Vertebrata

Jadi, ada sumber kekuatan pendorong yang kuat dan cepat - otot lurik.

Menurut Bernstein, masalah itu terjadi seolah-olah pada kompetisi besar yang diumumkan seumur hidup untuk peralatan terbaik untuk otot lurik, hadiah pertama dibagi antara dua proyek yang berbeda. Keduanya, berdasarkan pertimbangan awal, tampak sama baiknya dan cerdas menyelesaikan masalah yang ditimbulkan oleh kompetisi, meskipun mereka menyelesaikannya dengan cara yang sangat berbeda.

Salah satu proyek berada di bawah moto Arthropoda (arthropoda), yang lain di bawah moto Vertebrata (vertebrata). Kedua proyek berjalan dari otot lurik sebagai sesuatu yang “sudah diberikan”, dan keduanya dikombinasikan dengan kerangka kaku, artikular-seluler; keduanya jelas milik "kondisi teknis" dari kompetisi.

Arthropoda menciptakan kerangka eksternal yang kaku seperti baju besi ksatria, dan menempatkan otot lurik di dalamnya. Semua elemen solid armor - sambungan - saling berhubungan satu sama lain dengan mobilitas. Oleh karena itu nama kelasnya: arthropoda.

Vertebrata melakukan sebaliknya. Mereka menempatkan kerangka padat di dalam tubuh, "membungkusnya" dengan otot di semua sisi. Elemen sentral kerangka adalah tulang belakang yang terdiri dari segmen individu. Strukturnya dipertahankan karena "lilitan" otot-otot yang menarik masing-masing vertebra secara simultan ke arah yang berbeda.

Keuntungan dari proyek arthropoda adalah bahwa struktur tubuh mereka secara simultan menyelesaikan 2 tugas tambahan (selain motor): memberikan baju zirah bagi tubuh, dan pada saat yang sama memberikan stabilitas. Faktanya, bahkan serangga mati mempertahankan posisi tubuh yang stabil, karena itu tidak memerlukan ketegangan otot.

Desain vertebrata, jelas, tidak memiliki keunggulan yang ditunjukkan, karena tidak memberikan baju besi yang awalnya kaku dan membutuhkan ketegangan otot yang konstan untuk menjaga stabilitas. Lagi pula, seperti yang Anda tahu, vertebrata apa pun, ketika terbunuh, harus jatuh. Tetapi kekurangan ini lebih dari dikompensasi oleh derajat kebebasan tambahan dalam gerakan dan fleksibilitas.

Menurut Bershtein, pergerakan arthropoda yang terbataslah yang membawa mereka ke “kebuntuan evolusi”, karena mereka tidak perlu mengembangkan “peralatan administratif” untuk pergerakan kompleks. Meskipun, tentu saja, bentuk keberadaan beberapa serangga yang kompleks dan terorganisir dengan luar biasa, seperti lebah atau rayap, tidak dapat mengejutkan kita.

Pada saat yang sama, derajat kebebasan baru dalam gerakan yang muncul pada vertebrata menciptakan prasyarat untuk pengembangan sistem saraf mereka yang lebih tinggi.

Bagaimanapun, kedua proyek telah berhasil dilaksanakan, dan saat ini mewakili bentuk kehidupan yang dominan di planet kita.

Kemana perginya dinosaurus?

Bagian terakhir dari esai kami dikhususkan untuk sudut pandang aneh Bershtein tentang penyebab kepunahan dinosaurus.

Seperti yang Anda tahu, vertebrata pertama adalah ikan purba. Perwakilan mereka masih dapat ditemukan di lautan - hiu, ikan pari, dll. Dari ikan kemudian, mereka dibedakan oleh tidak adanya kerangka tulang yang melekat pada ruffs, tombak dan bertengger.

Amfibi dan amfibi (katak, kadal) adalah yang pertama di antara vertebrata yang naik ke darat. Dibutuhkan bisnis yang jelas, bagi mereka satu lagi "peningkatan": pengembangan anggota badan, yang tanpanya sangat tidak mungkin merangkak di darat.

Dari amfibi dan amfibi kemudian turun reptil yang memerintah di tanah untuk waktu yang sangat lama, mencapai puncaknya pada periode Jurassic. Sekali waktu, reptil ada di dunia dalam jumlah besar pesanan dan spesies, memiliki kedua permukaan air, dan tanah, dan udara.

Di zaman kita, dari semua reptil yang melimpah ini, hanya yang tersisa yang bertahan, hanya empat ordo: kadal, kura-kura, ular, dan buaya.

Seperti yang Anda tahu, dinosaurus belum mampu mengembangkan otak. Alasan untuk ini, tampaknya, adalah fitur fisiologi dan ukuran mereka.

Diketahui dan diukur secara akurat bahwa kecepatan sinyal eksitasi elektrokimia - dorongan saraf merambat di sepanjang saraf - sangat berbeda pada hewan berdarah dingin dan berdarah panas. Gelombang eksitasi mengalir melalui saraf katak dengan kecepatan 8-10 meter per detik, dan di sepanjang saraf kucing atau manusia pada kecepatan 100-120 meter per detik.

Sekarang mari kita membuat perhitungan sederhana.

Bayangkan seseorang menggigit kadal raksasa setinggi tiga puluh meter di belakang kaki belakangnya, dan dia, merasakan sakit, menarik kakinya atau memukul pelakunya. Untuk jalur rasa sakit yang kita miliki: cakar 6 meter, belalai 10 meter, leher 10 meter, total 26 meter, yaitu tiga detik satu arah. Kami menempatkan jumlah yang sama untuk urutan motor respon dari otak ke otot-otot kaki; untuk yang ini harus menambahkan setidaknya satu detik lebih banyak ke laju reaksi di otak itu sendiri. Akibatnya, ternyata dari saat gigitan hingga awal gerakan timbal balik tujuh detik berlalu - waktu yang sangat lama, jika Anda melihat jarum jam tangan kedua dan "menahan" tujuh detik, dengan cermat mengikutinya.

Pengukuran kerangka dinosaurus raksasa Jurassic dan Cretaceous yang masih hidup menunjukkan bahwa mereka memiliki kepala kecil di leher panjang yang kuat, yang sesuai untuk mereka dalam proporsi seperti layaknya tikus cocok untuk kita. Dan dalam kepala yang sangat kecil ini, sebagian besar ditempati oleh kerangka wajah - dengan mulut bergigi, sementara bagian otaknya tetap merupakan wadah yang sangat dekat dan tidak penting. Kita akan lebih mudah memahami hal ini jika kita menganggap bahwa seekor binatang yang terpaksa "bertanya" tentang semua gerakannya di otak dan menunggu jawaban selama tujuh detik tidak akan dapat bertahan.

Jelas, bagian dominan dari reaksi motorik mereka berjalan di bawah kendali sumsum tulang belakang saja. Ini memberikan pemendekan jalur saraf yang sangat signifikan: detik menjadi dua atau tiga. Memang, sangat banyak kadal ini di kanal tulang belakang - wadah sumsum tulang belakang - mengalami pembengkakan di daerah lumbar dan sakrum, tempat saraf kaki belakang dimulai. Kembung ini menunjukkan bahwa di tempat ini sumsum tulang belakang membesar, dan sangat signifikan: di sini bahkan lebih besar dari otak.

Jadi, menurut N.A.Berstein, kecepatan transfer data yang memainkan peran menentukan dalam menentukan hasil pertempuran antara kelas mamalia dan reptil yang baru muncul.

Kelas mamalia muda yang baru, berdarah panas, temperamental, dengan otak yang sangat kaya, serta sarana motorik, ternyata merupakan musuh yang tidak dapat diatasi untuk reptil. Pemangsa berukuran sedang dan tangkas menerkam pegunungan daging yang bergerak lambat ini, seolah disiapkan dengan sengaja untuk mereka, dan dengan cepat menjadi usang oleh manajemen mereka yang benar-benar ganas.

Dengan kata lain, dinosaurus tidak menghilang sebagai akibat dari meteorit atau gletser. Mereka baru saja menelan darah hangat!