动物进化是一系列技术突破



在学年里,对各种动物的研究被认为是繁重的工作。在学校学到的那一点东西被安全地遗忘了,直到最近,我几乎不可能像一堆Habr和GT的常客那样,在一个或另一个班级中对蜗牛或水ranked进行排名。为什么要记住这一点?

但是最近,尼古拉·亚历山德罗维奇·伯恩施泰因Nikolai Aleksandrovich Bernshtein)撰写的一本书落入了二十世纪40年代,并且仅在上世纪末才出版。这本书的书名是《敏捷及其发展》。这本书充满了各种各样的发现,我建议所有人和所有人阅读它。

在这篇简短的文章中,我将简要概述作者的观点,即动物界的进化是一系列针对运动发展的关键“技术突破”的结果。我真的希望这篇文章将有助于引起人们对杰出生理学家N. A. Bershtein的科学遗产的关注。



因此,让我们从动物分类开始。Bernstein将其分为7个主要类别:

  1. 最简单的是单细胞显微镜下的小动物。
  2. 肠道(例如珊瑚虫,整形人,海绵,海百合)。
  3. 棘皮动物(例如海星)。
  4. 蠕虫(例如earth,水ech,tape )。
  5. 软体动物(例如蜗牛,乌贼,牡蛎)。
  6. 节肢动物(昆虫,小龙虾,蜘蛛,cent)。
  7. 脊椎动物(鱼,青蛙,蜥蜴,鸟类,动物)。



人们认为最简单的动物(第1类)是动物世界的第一个代表,在远古时代,它们就生活在世界海洋的温暖肉汤中,其中溶解了许多化学元素和化合物。它们的有机体仅由一个细胞组成,该细胞本身进入生活,移动其鞭毛或假足,并在营养,运动,自我保存和繁殖方面“合而为一”。

首次升级:细胞分化和化学界面


动物发展的下一步是多细胞生物的出现。一组细胞已经能够“包围”猎物,并通过共同努力创造出一种化学环境,该化学环境会将捕获的单个(不仅是)细胞分裂成“可食用”元素。

这正是第二和第三类动物的代表的行为方式。棘皮动物是圆形对称的非活动生物。

在腔肠动物的一类中,许多人完全过着植物的生活方式,一生都在生长。它们的消化腔也具​​有袋子的外观,并且可以在同一个孔中用于食物和排便。棘皮动物已经有一条消化道。



但是从进化的角度来看,多细胞生物的一个更为重要的特征是它们的细胞因此无法保持彼此平等,因为它们中的一些位于人体的深处,而另一些位于表面。有一种特殊的细胞:躺在盖上的身体适应烦躁和敏感的“服务”,其他的更深的(主要是适应形状变化)到“收缩性”,以确保原始运动。这些运动,即使不稳定并且没有针对任何目标,也有助于多细胞运动,这仅仅是因为运动的动物比完全静止的动物在争取生命的斗争中拥有更好的机会。

每个生理过程都与细胞中的任何化学转化有关。获得刺激性的体表感受细胞在活动期间也从自身分泌出一些化学代谢产物。

显然,那些可能纯粹是偶然地使肌肉细胞因渗透进它们的感受性物质而兴奋的个体比其他人获得了严重的,几乎是决定性的生物学优势。尽管后者仅能自发运动,但有时前者根本没用,有时前者不合适,但新“品牌”的个人可能会对外部刺激做出反应(例如,面对猎物或回到危险中) 。

正如他们在生理学中所说,地球上的这种新现象-反应性-最初是席卷,不加区分和扩散的。即使到现在,我们仍可以观察到各种低等生物体中相似的弥漫性烦躁和反应性:直到您触摸它,它才会静静地躺在;触觉-身体开始的一般无序运动越明显,刺激性就越强。

这就是自然界中揭示出刺激肌肉的第一种化学物质-身体的接受表面和肌肉之间的原始中间物。在生理学中,这些物质称为介体-介体,迄今为止,它们对于最高生物(包括智人)的运动起着非常重要的作用。每次走路或进行体操锻炼时,我们都会任意拉动另一只肌肉或另一只肌肉,在神经末梢释放出微小的五亿年前物质小滴。

在随后的有机体世代中,逐渐开始分离出专门用于输送化学介质的通道。然而,这些“沟通的水道”尚未形成,并至少提供了针对特定肌肉群的某些介体的选择性定位;发生了另一事件,其生物学意义不可估量。

电气接口开发


每个化学现象都有其自己的电“耀斑”,伴随着电势的各种振荡。

碰巧发生了(按照先天随机变化的顺序,甚至如此),在某些情况下,它们的肌肉细胞不仅受介体的直接化学作用激发,而且还受后者的电卫星的刺激-难以捉摸的微小电振动,他一直陪着。

电信号传输方法优于化学方法的优点。首先,电脉冲波的速度比沿间隙缝隙渗出的溶液的速度大得多,这意味着它允许其保持器更快地反应许多倍。其次,电刺激脉冲至少有一些可能使其“路由”到一个或另一个肌肉群,而含有介体的液体则必须冲洗整个身体。毫不奇怪的是,自然界新发现的传输令人兴奋的冲动的“电报”原理开始在能量方面占据主导地位。

逐渐隔离纤维,对生物电流显示出最佳的导电性。这种纤维是细胞的长过程。原纤维专门研究脉冲的传输(现在是时候将它们称为神经脉冲了),它们在人体内形成网状结构,从而使它们可以将信号传输到人体的必要部位。

但是在这个阶段,神经网络只负责数据传输,就像电报杆一样。

口腔与肛门分离


一个重要的情况是地球上出现了类似香肠的长方形动物形态。到目前为止,已描述的那些动物类别(根据我们的分类为第二和第三类)具有圆形对称的形状,中间开口。

它们的下部,肠道的身体形状较不清晰;实际上,正是单孔袋迫使他们用呕吐物代替人体的自然输送。在发育过程中更先进的棘皮动物(通过消化道)具有辐射结构,并且在中心口周围有五个对称的过程(海星,柠檬状小叶和海胆等射线)。



它们被第4级和第5级椭圆形动物(后来- 蠕虫软体动物),消化管在其整个身体上延伸,一端开口,另一端肛门。在口中,这就是重点。



显然,身体的口腔末端是其活动末端。他正在寻找食物,他是第一个面对猎物的人,第一个面对危险的人。他通常会前进。

身体的前端比其上的任何其他点都更重要,它巧妙而及时地感觉到它所触摸,爬行到的物体的特性。但是,除了可以以“接触”或“直接接触的敏感性”的统称结合使用的古老类型的敏感性(触觉,温度,味道,化学性质)的恶化之外,从质,新,更高级的类型的感觉器官开始在前,口和末端发展。

使用技术语言中广泛采用的前缀,即远距感受器的名称,可以使新的接收器易于使用。通过将该词与电话,电报,电视等术语进行类比,很容易理解其含义:我们在谈论远程或远程接收器。

每种古老的接触受体类型都会发生突变,从而产生了一种改进的远程靶场。化学敏感性的器官-味道-产生了化学感受器-气味的器官。前端的触觉敏感度变薄,变成对通过环境远距离传播的频繁和小震动或振动的敏感度:对听觉器官的“听”到的声音,除了振动,振动,水或空气之外,什么都没有。

最后,温度接触灵敏度首先转变为对辐射热的敏感性,然后转变为太阳光谱最强大的部分的辐射能-光能。因此,从这里开始产生了远见。

随着远程感受器的出现(感知到的),周围世界的体积比动物本身大得多。现在可以从远处看到,闻到,听到猎物或危险,并据此移动或移开它。

远程感受器的拥有给身体带来了许多新的需求,例如:

  • 协调身体各个部位运动,以便您整体上可以沿着给定的方向运动;
  • 一种计划动作或动作的机制,以便可以制定策略来攻击(或提前)一定距离检测到的物体或进行自卫;
  • 记忆的开始,如果仅仅是为了记住上面提到的行动计划。

为了满足上述需求,动物积累了称为神经节或神经节的神经细胞,这些神经细胞承担了协调,计划和记忆的功能。

自然地,这些中心最适合放置在前端,可以说是在整个机长的机桥上,那里是所有遥测器所在的位置,而且视野开阔。

这样一来,根据事物不可避免的逻辑,嘴端首先成为了身体的前端,然后被装备了高级远距感受器作为前端,它成为了身体的前端,最后成为了其前端。

矛盾的是,口与肛门的分离导致了眼睛,耳朵,鼻子和大脑。

展望未来,我们注意到爬行动物的生理特征几乎导致了第二只大脑的出现,它们恰好位于肛门区域。但是关于这个-继续阅读。

各向异性光盘如何改变世界


在各向异性磁盘出现之前,古老的动物界是缓慢而宽松的。那时动物的肌肉只能缓慢运动。但是随后出现了一种新的元素,使得形成一种全新的肌肉成为可能。

各向异性盘是特殊的细胞,能够在电流的影响下爆发性收缩。因此,蚊子或苍蝇的翅膀每秒可以移动数百次。

各向异性盘的另一个特性是由于其减小而产生的高机械功率。在相同的重量下,各向异性的椎间盘所产生的能量比较老的平滑肌细胞高出数千倍

各向异性磁盘如此成功地解决了速度和功率问题,以至于生物体与事物的通常顺序相反,开始以各种方式适应各向异性磁盘的使用(反之亦然,也就是说,它们直到等到适应人体特征的各向异性磁盘时才开始等待)。

确实,各向异性圆盘是如此强大且快速,以至于古老的软体生物在使用时都可能会破裂。因此,首先,采取了措施来消除各向异性磁盘的爆炸作用。

首先,各向异性圆盘作用的爆炸作用被以下事实所补偿:在动物和人的肌肉中,各向异性圆盘与肌腱组织的弹性细胞(同质元素)交替出现,它们起着减震器的作用。一长串交替的各向异性和各向同性的细胞形成肌肉纤维,这正是由于这种被称为横纹肌的细胞的交替



其次,运动神经的每根纤维通过其分支被拼接成一包10-100条肌肉纤维,很明显,在其冲动的作用下,它们只能以相同的方式运动,并且一切都相同。这束肌肉纤维称为“ 肌”。我们身体的每条肌肉,取决于其大小,由数十或数百个离子组成。

第三,每个各向异性磁盘会收缩千分之一秒,然后需要“静止”一段时间,其持续时间是收缩的3-4倍。因此,神经系统向肌肉发送频率为50-200赫兹的整个系列的激发脉冲,从而可以继续先前开始的肌肉动作。

第四,所有的肌肉细胞都被置于称为肌浆的粘稠稠液中。反过来,这种液体提供了平滑的肌肉运动。请注意,动物群中某些代表(例如,相同的苍蝇)的异常移动速度与其肌肉中可忽略的肌浆数量有关。

节肢动物与脊椎动物


因此,有强大而快速的驱动力来源-横纹肌。

根据伯恩斯坦的说法,这件事似乎是一场生命竞赛,它是为横纹肌提供最佳设备的一场激烈竞赛,一等奖被分配到两个不同的项目中。尽管他们以截然不同的方式解决了竞争问题,但从最初的考虑来看,他们俩似乎同样能很好地解决问题。

其中一个项目是节肢动物节肢动物(节肢动物),另一个是脊椎动物Vertebrata(脊椎动物)。这两个项目都是从横纹肌开始的,已经是“已经给定的”东西,并且都将其与刚性的,关节活动的骨骼结合在一起。两者显然都属于比赛的“技术条件”。

节肢动物创造出坚固的外部骨骼,例如骑士盔甲,并在其中放置横纹肌。装甲的所有坚固元素-接头-相互之间具有一个或多个活动度。因此,该类的名称是节肢动物。



脊椎动物走的正好相反。他们将坚固的骨骼置于体内,用四面八方的肌肉“包裹”起来。骨骼的中心元素是由各个部分组成的脊柱。由于肌肉的“缠绕”同时沿不同方向拉动每个椎骨,因此可以保持其结构。



节肢动物计划的优势在于,他们的身体结构同时解决了另外两个任务(除了运动):它为身体提供了装甲,同时又提供了稳定性。实际上,甚至死虫也可以保持稳定的身体姿势,因为它不需要肌肉紧张。

显然,脊椎动物的设计没有明显的优势,因为它最初没有提供坚固的装甲,并且需要恒定的肌肉张力来保持稳定性。毕竟,正如您所知,任何脊椎动物一旦被杀死都必须倒下。但是,这些缺点被动作和灵活性的额外自由度所弥补。

根据贝什泰因的说法,节肢动物的运动受限导致他们陷入“进化的僵局”,因为他们不需要为复杂的运动开发“管理装置”。当然,尽管某些昆虫(例如蜜蜂或白蚁)的存在存在着复杂而有条理的形式,却使我们感到惊讶。

同时,出现在脊椎动物中的新的运动自由度为其高级神经系统的发育创造了先决条件。

尽管如此,这两个项目都已成功实施,目前代表了我们星球上占主导地位的生命形式。

恐龙去哪儿了?


本文的最后一部分专门讨论了伯希丁关于恐龙灭绝原因的奇怪观点。

如您所知,最早的脊椎动物是古老的鱼类。他们的代表仍然可以在海洋中找到-鲨鱼,黄貂鱼等。与后来的鱼类不同,它们的独特之处在于没有衣衫,、长矛和鲈鱼固有的骨骼。

两栖动物和两栖动物(青蛙,new)是最早爬升到陆地的脊椎动物。明确的业务,对他们来说,还需要“升级”:四肢的发展,没有四肢的发展,很难在陆地上爬行。

随后从两栖动物和两栖动物中下来的爬行动物在陆地上统治了很长时间,在侏罗纪时期达到了顶峰。曾几何时,爬行动物在地球上以大量的订单和物种存在,它们既拥有水面,又拥有土地和空气。



在我们这个时代,从所有如此丰富的爬行动物中,只有残骸得以幸存,只有四个阶:蜥蜴,乌龟,蛇和鳄鱼。

如您所知,恐龙还不能发育大脑。显然,其原因是其生理特征和大小。

众所周知,经过精确测量,在冷血和温血动物中,电化学激励信号(神经冲动沿着神经传播)的速度有很大差异。激发波以每秒8-10米的速度穿过青蛙的神经,并以每秒100-120米的速度穿过猫或人的神经。

现在让我们进行简单的计算。

想象有人在后爪后咬了一个三十米的巨型蜥蜴,他感到疼痛,拔了爪子或打了她的罪犯。对于疼痛之路,我们有:6米的爪子,10米的躯干,另外10米的脖子,共26米,即单向三秒。从大脑到腿部肌肉,我们将相同的量用于反应运动顺序;至少必须使大脑本身的反应速率增加至少一秒钟。结果表明,从咬人的时刻到往复运动的开始,经过了七秒钟-如果您看着手表的秒针并“忍受”七秒钟,则要小心地跟随它,这是很长的时间。

对侏罗纪和白垩纪巨型恐龙保存的骨骼进行的测量表明,它们长而有力的脖子上有一个微小的头部,这在比例上也很适合它们,就像老鼠会适合我们的那样。在这个巨大的小脑袋中,大部分骨头被牙齿的骨骼所占据-嘴巴露齿,而大脑的份额仍然是一个非常紧密的,微不足道的容器。如果我们认为被迫“询问”其大脑所有运动并等待答案七秒钟的动物是不可行的,我们将更容易理解这一点。

显然,他们的运动反应的主要部分是在单独的脊髓控制下进行的。这大大缩短了神经路径:几秒钟缩短到两到三秒。确实,脊椎管中的许多蜥蜴-脊髓的接收器-在后腿神经开始的腰椎区域和骨处肿胀。这种腹胀表明在这个地方脊髓被扩大了,而且非常明显:这里的脊髓甚至比大脑还大。

因此,根据N.A. Berstein的说法,正是数据传输速率在确定新出现的哺乳动物与爬行动物之间的战斗结果中起着决定性作用。

新型的年轻哺乳动物,温血性情,具有非常丰富的大脑以及运动能力,是爬行动物不可逾越的对手。中型,灵巧的掠食者猛扑在这些缓慢移动的肉山上,似乎是为它们专门准备的,并因其真正的掠食性管理而迅速过时。

换句话说,由于陨石或冰川,恐龙没有消失。他们只是吞噬了温血!

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN388345/


All Articles