Клеточный уровень жизни и макроэлементы - Эволюция состава организмов

Сочетание шести элементов, рассмотренных в предыдущем разделе, могло поддерживать доклеточный уровень жизни. Одноклеточные организмы, судя по всему, возникли на Земле в литорали древнего океана около 3 млрд. лет назад. Их появление знаменовало собой развитие первой системы внутреннего минерального гомеостаза: живое вещество получило возможность отгородиться от внешней среды с помощью созданной клеточной мембраны, отвоевав свою внутреннюю самостоятельность. Для этого потребовалось создание тургорной, буферной системы, которая могла быть обеспечена посредством катионов, концентрация которых в процессе выщелачивания на ранних этапах минеральной эволюции гидросферы достигла оптимальной - Калия, натрия, кальция и магния, а также анионов вулканической деятельности, кроме уже используемых фосфора и серы, - Хлора.

Следует обратить внимание вот на какой аспект. Большинство исследователей, занимающихся химизмом человеческого тела, сравнивают его минеральный состав с минеральным составом современной суши, тогда как 90% эволюции живых организмов прошло в океане. В таблице 3 сравнивается минеральный состав современного океана с минеральным составом крови некоторых животных. В этой таблице приводятся данные, полученные разными исследователями. Очевидно, на основании этих данных можно судить о том, как происходило формирование системы натрий-калиевого насоса в живых клетках.

Таблица 3

Концентрация катионов в морской воде и жидкостях организмов некоторых млекопитающих и птиц, ммоль/кг

Животное

Ткань

Концентрация элемента

Na

K

Ca

Mg

Отношение Na:K

-

Морская вода

460

10

11

55

46:1

Человек

Сыворотка

143,0

5,0

5,0

2,2

28,6:1

Крыса

Плазма

145,0

5,3

3,1

1,6

27,3:1

Собака

Сыворотка

150,5

5,3

5,3

3,7

28,4:1

Марал

Сыворотка

142,8

4,8

2,0

0,6

29,7:1

Курица

Сыворотка

154

6,0

5,.6

2,3

25,7:1

Судя по всему, если учесть химические свойства элементов, в древнем океане на начальных этапах выщелачивания концентрация калия была выше, чем концентрация натрия. Впоследствии, однако, это соотношение изменилось на противоположное. Оберегающие свой внутренний минеральный гомеостаз клетки "изобрели" фермент, закачивающий внутрь катионы калия и выбрасывающий во внешнюю среду катионы натрия - натрий-калий АТФ-азу. Обратим внимание (см. табл. 3), что в сыворотке крови животных соотношение натрия и калия достаточно стабильно и составляет приблизительно 26-28:1. В современном же океане это соотношение равняется примерно 46:1.

Отсюда можно сделать вывод, что соотношение 26-28:1 Было в океане в момент возникновения многоклеточных форм жизни.

Второй оригинальный вывод касается того, почему в животном мире возник феномен солеедения (потребления хлористого натрия). Дело в том, что в момент дивергенции гетеротрофных клеток на растительные и животные у растительных клеток натрий-калиевый насос сменяется водородной помпой. Другими словами, система натрий - калий, обеспечивающая наряду с прочим проводимость клеточной мембраны, сменяется системой водород - калий. Как следствие (обратимся к табл. 1, в которой приводятся данные о содержании, в частности, этих двух элементов у растительных и животных форм) соотношение калия и натрия равняется 1:1 у животных организмов и 7:1 у организмов растительных (!). Вот почему самыми убежденными солеедами являются травоядные (коровы, овцы, лоси, олени), умеренными солеедами - всеядные животные, употребляющие как растительную, так и животную пищу (медведи, свиньи, обезьяны, человек), а хищники соль в пищу не употребляют, поскольку добывают эти два элемента в оптимальном соотношении (приблизительно 1:1) из тела жертвы.

В природе современные травоядные и некоторые всеядные животные, лишенные источников хлористого натрия (поваренной соли), посещают так называемые зверовые солонцы, являющиеся, по сути, природными ионообменниками, содержащими натрий в достаточных количествах, чтобы удовлетворить их потребности. При исследовании популяций диких и домашних животных, нами были получены данные, подтверждающие эту идею.

Особенно хочется остановиться на роли такого элемента, как Кремний, который также следует включить в рассматриваемую группу элементов. Нет никаких сомнений в том, что этот химический элемент (близкий по своим свойствам к углероду, главным образом с точки зрения способности образовывать аналогичные ковалентные связи) в тот исторический период, когда концентрация кальция в древнем океане не достигла необходимого уровня, выполнял многочисленные функции, в том числе функцию создания первых в истории опорных, скелетных структур у примитивных организмов, пока его не вытеснил более легкий и реакционноспособный кальций.

Можно проследить смену кремния на кальций на нескольких примерах. Как известно, наиболее древние в эволюционном плане губки (примитивнейшие из современных организмов) имеют кремниевый скелет, более продвинутые - кремнероговой, а самые эволюционно продвинутые - кальциевый.

Другой пример - из исторически более поздних времен. Самые древние рыбы - хрящевые и ганоидные (в переводе на современный язык - акулы, скаты, и осетровые). Они эволюционно более древние, и их скелетные структуры обогащены кремнием. У более эволюционно продвинутых рыб - костистых - в основе скелета кальций.

Наконец, о человеке. Биогенетический закон Геккеля гласит, что Онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Другими словами, каждый живой организм повторяет изменениями своих черт все эволюционные изменения своих предков. Так вот, в многочисленных исследованиях показано, что наибольшая концентрация кремния имеет место в зародышах человеческого организма, а к моменту рождения она постепенно снижается. И от рождения до старости у человека соотношение кремния и кальция во всех тканях организма, особенно в соединительных, изменяется в пользу кальция. Высокая же концентрация кальция является причиной многих "болезней цивилизации", - хрупкость костей, разрыв связок и т. д.

Таким образом, под общим названием "макроэлементы" можно объединить рассматриваемые в этой главе шесть - Калий, натрий, кальций, магний, хлор, кремний. Они составляют вторую группу.

Похожие статьи




Клеточный уровень жизни и макроэлементы - Эволюция состава организмов

Предыдущая | Следующая