🤶🏿 🚣🏼 😉 Evolução animal como uma série de avanços tecnológicos 👐🏾 🧑🏾‍🤝‍🧑🏾 👩🏻‍🤝‍👨🏿

Nos anos escolares, o estudo de várias classes de animais foi percebido como pesado. O pouco que foi aprendido na escola foi esquecido com segurança e, até recentemente, eu mal podia classificar um caracol ou uma sanguessuga em uma ou outra classe - como, provavelmente, a maioria dos frequentadores de Habr e GT. E por que você precisa se lembrar disso?

Mas, recentemente, um livro de Nikolai Aleksandrovich Bernshtein , escrito na década de 40 do século XX e publicado apenas no final do século passado, caiu nas mãos de . O título do livro é Sobre agilidade e seu desenvolvimento . O livro está cheio de todos os tipos de descobertas, e eu recomendo lê-lo para todos e para todos.

E, neste pequeno artigo, tentarei descrever brevemente a visão do autor sobre como a evolução do mundo animal foi o resultado de uma série de "descobertas tecnológicas" importantes destinadas ao desenvolvimento de movimentos. Eu realmente espero que este ensaio ajude a chamar a atenção para o legado científico do brilhante fisiologista N. A. Bershtein.

Então, vamos começar com a classificação dos animais. Bernstein os divide em 7 classes principais:

Os mais simples são animais unicelulares e microscopicamente pequenos.
Intestinal (por exemplo, pólipos de coral, holotúrias, esponjas, lírios do mar).
Equinodermos (por exemplo, estrela do mar).
Vermes (por exemplo, minhoca, sanguessuga, tênia).
Corpo macio ou amêijoas (por exemplo, caracol, choco, ostra).
Artrópodes (insetos, lagostins, aranhas, centopéias).
Vertebrados (peixes, sapos, lagartos, pássaros, animais).

Acredita-se que os mais simples (classe 1) foram os primeiros representantes do mundo animal e, nos tempos antigos, habitavam o caldo quente dos oceanos do mundo, no qual numerosos elementos e compostos químicos foram dissolvidos. Seus organismos consistiam em apenas uma célula, que por sua vez ganhou vida, movendo seus flagelos ou pseudópodes e trabalhando "por um" em relação à nutrição, movimento, autopreservação e reprodução.

Primeira atualização: diferenciação celular e interface química

O próximo passo no desenvolvimento dos animais foi o surgimento de organismos multicelulares. Um grupo de células já é capaz de "cercar" a presa e, através de esforços conjuntos, cria um ambiente químico que divide células únicas (e não apenas) células presas em elementos "comestíveis".

É exatamente assim que os representantes das 2ª e 3ª classes de animais agem. Intestinal e equinodermos são criaturas inativas e simétricas.

Da classe dos celenterados, muitos lideram completamente o estilo de vida das plantas, crescendo a vida inteira em um só lugar. Sua cavidade digestiva também tem a aparência de uma bolsa, e eles usam tanto para comida quanto para defecar com o mesmo buraco. Os equinodermos já têm um canal digestivo direto.

Mas, do ponto de vista da evolução, uma característica muito mais importante dos organismos multicelulares é que suas células não podem permanecer iguais entre si, porque algumas estão localizadas nas profundezas do corpo e outras na superfície. Surge uma especialização das células: as que se encontram no tegumento do corpo se adaptam ao "serviço" da irritabilidade e da sensibilidade; outras, as mais profundas, principalmente para moldar as mudanças, para a "contratilidade", para garantir movimentos primitivos . Esses movimentos, mesmo que sejam erráticos e não visem nada, ajudaram a multicelular simplesmente porque os animais em movimento tinham melhores chances na luta pela vida do que os completamente imóveis.

Cada processo fisiológico está associado a qualquer transformação química na célula. As células receptoras da superfície corporal, que adquiriram maior irritabilidade, também secretaram alguns produtos metabólicos químicos durante a atividade.

É claro que aqueles indivíduos nos quais, talvez por acidente, as células musculares eram excitáveis pela ação de substâncias receptivas que penetravam nelas, recebiam uma vantagem biológica séria, quase decisiva, sobre outras. Enquanto esses últimos eram capazes apenas de movimentos espontâneos, às vezes os primeiros eram simplesmente inúteis, e às vezes os primeiros estavam fora do lugar, indivíduos da nova “marca” podiam reagir a irritações externas (por exemplo, virar para enfrentar a presa ou voltar ao perigo) .

Esse novo fenômeno na Terra - a reatividade - foi à primeira varredura, indiscriminada e difusa, como dizem na fisiologia. Mesmo agora, podemos observar irritabilidade e reatividade difusa semelhantes em vários organismos inferiores: até você tocá-lo, ele fica quieto; toque - os movimentos desordenados gerais do corpo começam, quanto mais significativos, mais forte é a irritação.

Foi assim que as primeiras substâncias químicas que estimulam o músculo - os intermediários primitivos entre a superfície receptiva do corpo e os músculos - foram reveladas na natureza. Na fisiologia, essas substâncias são chamadas mediadoras - mediadoras e, até hoje, desempenham um papel muito importante nos movimentos dos organismos mais altos (incluindo o Homo Sapiens). Sempre que caminhamos ou realizamos exercícios de ginástica, arbitrariamente forçamos um músculo ou outro, uma gota microscopicamente pequena de uma substância com 500 milhões de anos de idade é liberada em suas terminações nervosas.

Nas gerações subsequentes de organismos, gradualmente começaram a separar canais, especialmente adaptados para a entrega de mediadores químicos. No entanto, essas “vias de comunicação” ainda não haviam conseguido tomar forma e fornecer pelo menos algum direcionamento seletivo de mediadores para grupos musculares específicos; outro evento ocorreu cujo significado biológico era imensuravelmente maior.

Desenvolvimento de Interface Elétrica

Cada fenômeno químico tem seu próprio "flare" elétrico, acompanhado por várias oscilações do potencial elétrico.

Aconteceu (na ordem de mudanças congênitas aleatórias, ou algo assim) que, em alguns casos, suas células musculares se mostraram excitáveis não apenas pelo efeito químico direto do mediador, mas também apenas pelo satélite elétrico deste último - daquela vibração elusivamente pequena que ele estava sempre acompanhado.

As vantagens do método de transmissão do sinal elétrico sobre o químico são óbvias. Primeiro, a onda de um pulso elétrico tem uma velocidade muito maior do que uma solução que escorre ao longo dos slots intersticiais, o que significa que permite ao seu titular reagir muitas vezes mais rápido. Em segundo lugar, um impulso elétrico estimulante carrega pelo menos algumas possibilidades para o seu "encaminhamento" para um ou outro grupo muscular, enquanto um fluido contendo um mediador necessariamente lava todo o corpo. Não é de surpreender que o princípio "telegráfico" da transmissão de impulsos emocionantes, recentemente descoberto pela natureza, comece a ganhar energicamente uma posição de comando.

Isolar gradualmente as fibras, que mostraram a melhor condutividade para as biocorrentes. Tais fibras eram processos longos de células. Especializadas na transmissão de impulsos (é hora de começar a chamá-los de impulsos nervosos ), as fibrilas formavam redes dentro do corpo, permitindo transmitir sinais para as partes necessárias do corpo.

Mas, nesse estágio, as redes nervosas eram responsáveis apenas pela transferência de dados, como postes telegráficos.

Separação da boca do ânus

Uma circunstância importante foi o aparecimento na Terra de formas animais oblongas, semelhantes a salsichas. As classes de animais (2ª e 3ª de acordo com nossa classificação) que foram descritas até agora têm formas simétricas redondas, com a boca aberta no meio.

A forma do corpo da parte inferior deles, intestinal, menos definida; são, de fato, sacos de um buraco, o que os obriga a substituir a entrega natural do corpo por vômitos. Os equinodermos mais avançados em seu desenvolvimento (através do canal digestivo) possuem uma estrutura radiante e, ao redor da boca central, possuem cinco processos simétricos (raios na estrela do mar, lóbulos semelhantes ao limão e no ouriço do mar etc.).

São substituídos por animais oblongos das classes 4 e 5 (mais tarde - vermes emoluscos ) com um tubo digestivo que se estende por todo o comprimento do corpo, com a boca se abrindo em um e o ânus na outra extremidade. Na boca, esse era o ponto.

É claro que a extremidade oral do corpo é sua extremidade ativa. Ele está procurando por comida, ele é o primeiro a enfrentar presas, o primeiro - e o perigo. Ele geralmente segue em frente.

A extremidade frontal do corpo é mais importante do que qualquer outro ponto, de maneira sutil e oportuna para sentir as propriedades do que tocou, para o que se arrastou. Mas, além do agravamento dos tipos antigos de sensibilidade (tátil, temperatura, sabor, produto químico), que podem ser combinados sob o nome geral de "contato" ou "sensibilidade do contato direto", tipos qualitativamente novos e avançados de órgãos sensoriais começam a se desenvolver na frente, na boca e no fim.

É conveniente que novos receptores se apropriem, usando o prefixo amplamente adotado na linguagem técnica, o nome de telereceptores. Por analogia dessa palavra com termos como telefone, telégrafo, televisão etc., é fácil entender seu significado: estamos falando de receptores de longo alcance ou de longo alcance.

Cada um dos tipos antigos de receptores de contato, mutantes, deu origem a um dos aprimorados de longo alcance. O órgão da sensibilidade química - o gosto - deu origem ao telereceptor químico - o órgão do olfato. A sensibilidade tátil do front-end, afinamento, transformou-se em sensibilidade a choques freqüentes e pequenos, ou vibrações transmitidas de longe através do ambiente: para o órgão da audição, sons de "audição", que nada mais são do que vibrações ou vibrações, água ou ar .

Finalmente, a sensibilidade ao contato com a temperatura foi primeiro transformada em suscetibilidade ao calor radiante e, depois, à energia radiante da parte mais poderosa do espectro solar - a energia luminosa. A partir daqui, assim, a visão surgiu.

Com o advento dos telereceptores (percebidos), o mundo ao redor se tornou muito maior em volume do que o próprio animal. Agora era possível ver, cheirar, ouvir presas ou perigos de longe e, consequentemente, mover-se para ela ou para ela.

A posse de telereceptores gerou uma série de novas necessidades para o organismo, como:

coordenação de movimentos de várias partes do corpo para que você possa se mover em uma determinada direção como um todo;
um mecanismo para planejar ações ou movimentos para que seja possível desenvolver táticas de ataque ou autodefesa de um objeto detectado à distância (antes do tempo);
o início da memória , mesmo que apenas para lembrar o plano de ação mencionado acima.

Para atender às necessidades acima, os animais acumularam células nervosas chamadas nós nervosos, ou gânglios, que assumiram as funções de coordenação, planejamento e memorização.

Naturalmente, esses centros são mais adequados para serem colocados no front-end, por assim dizer, na ponte do capitão de todo o corpo, onde estão localizados todos os teleceptores e de onde é a visão mais aberta.

Dessa maneira, a extremidade da boca era a primeira, pela inevitável lógica das coisas, a extremidade frontal do corpo e, sendo equipada como a frente com telereceptores de alta qualidade, tornou-se a extremidade principal do corpo e, finalmente, a extremidade principal.

Paradoxalmente, foi a separação da boca do ânus que levou aos olhos, ouvidos, nariz e cérebro.

Olhando para o futuro, notamos que as características fisiológicas dos répteis quase levaram ao surgimento de seu segundo cérebro, localizado precisamente na área do ânus. Mas sobre isso - continue a ler.

Como os discos anisotrópicos mudaram o mundo

Antes do surgimento de discos anisotrópicos, o antigo reino animal era lento e sem pressa. Os músculos dos animais naquela época eram capazes apenas de movimentos fracos e lentos. Mas então apareceu um novo elemento que tornou possível a formação de um tipo completamente novo de músculo.

Os discos anisotrópicos são células especiais capazes de contrações fulminantes sob a influência da corrente elétrica. É por isso que as asas de um mosquito ou mosca são capazes de fazer várias centenas de movimentos por segundo.

Outra propriedade dos discos anisotrópicos é a alta potência mecânica gerada por sua redução. Com o mesmo peso, os discos anisotrópicos produzem milhares de vezes mais energia do que as células dos músculos lisos mais velhos .

Os discos anisotrópicos resolveram com tanto sucesso os problemas de velocidade e potência que os corpos dos organismos, ao contrário da ordem usual das coisas, começaram a se adaptar de todas as maneiras ao uso de discos anisotrópicos (e não vice-versa, ou seja, eles não esperaram até que os discos anisotrópicos se adaptassem às características do corpo).

De fato, os discos anisotrópicos eram tão poderosos e rápidos que organismos antigos de corpo mole podiam simplesmente quebrar quando usados. Portanto, antes de tudo, foram tomadas medidas para suavizar o efeito explosivo dos discos anisotrópicos.

Primeiro, o efeito explosivo da ação dos discos anisotrópicos é compensado pelo fato de que, nos músculos de animais e humanos, os discos anisotrópicos se alternam com as células elásticas do tecido tendíneo (isoelementos), que desempenham o papel de amortecedores. Uma longa cadeia de células anisotrópicas e isotrópicas alternadas forma fibras musculares, que são precisamente devidas a essa alternância de células que são chamadas de músculos estriados .

Em segundo lugar, cada fibra do nervo motor é unida por seus ramos em um pacote de 10 a 100 fibras musculares que, obviamente, sob a influência de seus impulsos, podem se mover apenas da mesma maneira e tudo é igual. Este feixe de fibras musculares é chamado myon.. Cada músculo do nosso corpo, dependendo do seu tamanho, consiste em várias dezenas ou centenas de íons.

Terceiro, cada disco anisotrópico encolhe por um milésimo de segundo e depois precisa "descansar" por um tempo que dura 3-4 vezes mais que o encolhimento. Portanto, o sistema nervoso envia para os músculos toda uma série de pulsos de excitação com uma frequência de 50-200 hertz, para que a ação muscular iniciada anteriormente possa ser continuada.

Quarto, todas as células musculares são colocadas em um fluido espesso e viscoso chamado sarcoplasma. Este fluido, por sua vez, fornece movimentos musculares suaves. Observe que a excepcional velocidade de movimento de alguns representantes da fauna (por exemplo, as mesmas moscas) está associada a uma quantidade desprezível de sarcoplasma em seus músculos.

Artrópodes versus Vertebrados

Portanto, existe uma fonte poderosa e rápida de músculos estriados pela força motriz.

Segundo Bernstein, o assunto foi como se em uma grande competição anunciada pela vida pelos melhores equipamentos para o músculo estriado, o primeiro prêmio fosse dividido entre dois projetos diferentes. Ambos, após uma consideração inicial, pareciam resolver igualmente bem e espirituosamente o problema colocado pela competição, embora o resolvessem de maneiras profundamente diferentes.

Um dos projetos estava sob o lema Arthropoda (artrópodes), o outro sob o lema Vertebrata (vertebrados). Ambos os projetos procederam do músculo estriado como algo "já dado", e ambos o combinaram com esqueletos rígidos e articulares-móveis; ambos obviamente pertenciam às “condições técnicas” da competição.

Os artrópodes criaram esqueletos externos rígidos como armaduras de cavaleiro e colocaram músculos estriados neles. Todos os elementos sólidos da armadura - articulações - estão interconectados com um grau ou outro de mobilidade. Daí o nome da classe: artrópodes.

Os vertebrados seguiram exatamente o caminho oposto. Eles colocaram um esqueleto sólido dentro do corpo, envolvendo-o com músculos de todos os lados. O elemento central do esqueleto é uma coluna vertebral que consiste em segmentos individuais. Sua estrutura é mantida devido ao "enrolamento" dos músculos que puxam cada vértebra simultaneamente em direções diferentes.

A vantagem do projeto dos artrópodes era que a estrutura de seu corpo resolvia simultaneamente 2 tarefas adicionais (além do motor): fornecia armadura ao corpo e, ao mesmo tempo, estabilidade. De fato, mesmo insetos mortos mantêm uma posição corporal estável, porque não requer tensão muscular.

O desenho dos vertebrados, obviamente, não apresentava as vantagens indicadas, pois não previa blindagem inicialmente rígida e exigia tensão muscular constante para manter a estabilidade. Afinal, como você sabe, qualquer vertebrado, quando morto, deve cair. Mas essas deficiências foram mais do que compensadas por graus adicionais de liberdade em movimentos e flexibilidade.

Segundo Bershtein, foi o movimento limitado de artrópodes que os levou a um "impasse evolutivo", uma vez que eles não precisavam desenvolver um "aparato administrativo" para movimentos complexos. Embora, é claro, formas complexas e soberbamente organizadas de existência de alguns insetos, como abelhas ou cupins, não possam deixar de nos surpreender.

Ao mesmo tempo, novos graus de liberdade nos movimentos que apareceram nos vertebrados criaram os pré-requisitos para o desenvolvimento de seu sistema nervoso superior.

Seja como for, ambos os projetos foram implementados com sucesso e atualmente representam as formas de vida dominantes em nosso planeta.

Para onde foram os dinossauros?

A parte final do nosso ensaio é dedicada ao curioso ponto de vista de Bershtein sobre a causa da extinção dos dinossauros.

Como você sabe, os primeiros vertebrados foram peixes antigos. Seus representantes ainda podem ser encontrados nos oceanos - tubarões, arraias, etc. Dos peixes posteriores, eles se distinguem pela ausência de esqueletos ósseos inerentes a babados, lanças e poleiros.

Anfíbios e anfíbios (sapos, tritões) foram os primeiros entre os vertebrados que subiram para pousar. Negócios claros, para eles, era necessária mais uma "atualização": o desenvolvimento de membros, sem os quais não é muito possível rastrear por terra.

De anfíbios e anfíbios subseqüentemente descendentes de répteis que reinaram em terra por extremamente tempo, atingindo seu pico no período Jurássico. Era uma vez, répteis existiam no mundo em um grande número de ordens e espécies, possuindo a superfície da água, a terra e o ar.

Em nossa época, de toda essa abundância de répteis, apenas restavam restos, apenas quatro ordens: lagartos, tartarugas, cobras e crocodilos.

Como você sabe, os dinossauros não foram capazes de desenvolver o cérebro. A razão para isso, aparentemente, foram as características de sua fisiologia e tamanho.

É sabido e medido com precisão que a velocidade com a qual o sinal de excitação eletroquímica - o impulso nervoso se propaga ao longo do nervo - é muito diferente em animais de sangue frio e de sangue quente. Uma onda de excitação percorre o nervo do sapo a uma velocidade de 8 a 10 metros por segundo e ao longo do nervo do gato ou humano a uma velocidade de 100 a 120 metros por segundo.

Agora vamos fazer um cálculo simples.

Imagine que alguém mordeu um lagarto gigante de trinta metros atrás da pata traseira e ele, sentindo dor, puxou a pata ou bateu no agressor. Para o caminho da dor, temos: uma pata de 6 metros, um tronco de 10 metros, um pescoço de outros 10 metros, um total de 26 metros, ou seja, três segundos em um sentido. Colocamos a mesma quantidade para a ordem motora da resposta do cérebro aos músculos das pernas; para isso é preciso acrescentar pelo menos mais um segundo à taxa de reação no próprio cérebro. Como resultado, verifica-se que, desde o momento da picada até o início do movimento recíproco, decorrem sete segundos - muito tempo, se você olhar para o ponteiro dos segundos do seu relógio de pulso e "suportar" sete segundos, seguindo-o cuidadosamente.

A medição dos esqueletos preservados dos dinossauros gigantes Jurássico e Cretáceo mostra que eles tinham uma cabeça minúscula no pescoço longo e poderoso, o que também era adequado para eles em proporções, como um rato nos convém. E nessa cabeça exorbitantemente pequena, a maior parte era ocupada pelo esqueleto facial - com a boca cheia de dentes, enquanto a parte do cérebro continuava sendo um recipiente insignificante e muito próximo. Compreenderemos isso mais facilmente se considerarmos que um animal que seria forçado a "perguntar" sobre todos os seus movimentos no cérebro e aguardar respostas por sete segundos seria inviável.

Obviamente, a parte predominante de suas reações motoras prosseguia sob o controle da medula espinhal sozinha. Isso deu uma redução muito significativa do caminho do nervo: segundos para dois ou três. De fato, muitos desses lagartos no canal medular - o receptáculo da medula espinhal - têm inchaço na região lombar e no sacro, onde começam os nervos das patas traseiras. Esse inchaço sugere que, nesse local, a medula espinhal estava aumentada e muito significativamente: era aqui ainda maior que o cérebro.

Assim, de acordo com N.A. Bershtein, foi a taxa de transferência de dados que desempenhou um papel decisivo na determinação do resultado da batalha entre a recém-emergida classe de mamíferos e répteis.

Uma nova e jovem classe de mamíferos, de sangue quente, temperamental, com um cérebro muito enriquecido, além de meios motores, acabou sendo um adversário intransponível para os répteis. Predadores de tamanho médio e hábeis atacaram essas montanhas de carne em movimento lento, como se fossem propositadamente preparados para eles, e rapidamente se tornaram obsoletos por seu manejo verdadeiramente predatório.

Em outras palavras, os dinossauros não desapareceram como resultado de um meteorito ou geleiras. Eles apenas engoliram sangue quente!