1.2 Эволюционное развитие гравитационных явлений
лунный биологический ритм организм
Роль силы тяжести для живых организмов по-настоящему была оценена только после исторического, эпохального события-начала космической эры и первого полета человека в Космос. По достоинству были тогда оценены труды и высказывания основоположника современного естествознания В. И. Вернадского и отца космонавтики К. Э. Циолковского о важности гравитации для живых организмов на Земле.
Среди исследователей биологической роли гравитации П. А. Коржуев впервые обратил внимание на большое различие у представителей разных групп животных в обеспеченности организма гемоглобином. Он показал, что переход из воды на сушу вызывает резкое увеличение количества крови и гемоглобина (в расчете на массу тела животного) у высших представителей позвоночных по сравнению с таковыми у первичных позвоночных. Например, у хрящевых и костистых рыб имеется соответственно 1,1 и 1,8 г/кг гемоглобина, у птиц - 10,2 г/кг и млекопитающих - 12,1 г/кг. Ученый объяснил эти различия разным действием гравитации на организмы, находящиеся в водной и воздушной среде: в воде из-за действия выталкивающей силы затрачивается меньше энергии на поддержание и передвижение тела, чем у наземных животных. На основе этих данных был сделан вывод о том, что обеспеченность гемоглобином является косвенным показателем энергетического обмена организма.
Было выяснено также, что синтез гемоглобина у водных животных происходит в селезенке и почках, а у наземных животных - не только в костном мозге, как считалось ранее, а во всем скелете. Эта особенность синтеза гемоглобина у наземных животных обусловлена неодинаковой нагрузкой на различные части скелета в связи с преодолением сил гравитации при передвижении животных, поэтому скелет стал органом кроветворения. Таким образом, гемопоэтическая функция скелета оказала решающее влияние на всю эволюцию наземных позвоночных животных.
Из приведенных данных следует, что органы кроветворения эволюционно тесно связаны с гравитацией и ее изменением. Поэтому можно предполагать, что и в настоящее время эти органы находятся под контролем гравитации. Современные космические исследования выявили еще одну весьма важную особенность влияния гравитации на организм человека-тесную связь обмена кальция в костях и гравитации. В условиях невесомости резко возрастает выход кальция из тканей, особенно из костей.
Эволюционная роль приливных явлений. В биологических системах все функциональные процессы имеют ритмический характер. Есть основания предполагать, что действие гравитационных приливообразующих сил послужило основой для ритмической периодичности всех процессов, происходящих в живых системах. Этому способствовали по крайней мере две основные причины. Во-первых, физико-химические процессы, протекающие в живых и неживых системах, подвергаются влиянию силы тяжести, хотя, естественно, в различной степени и с учетом минимального размера частиц, участвующих в процессах, условий среды, состава компонент и др. Во-вторых, известна ведущая роль водной среды в эволюции живых систем. Приливо-отливные явления оказывали сильное действие на водные организмы и особенно на те, которые существуют в лито- и сублиторальной зоне. Во время отлива огромное число видов, не уходящих с водой и остающихся на обнаженном дне, находилось до наступления прилива в резко измененных условиях водного, светового, газового и температурного режима. Для того чтобы выжить в таких условиях, у приспособленных к водной среде организмов должно было временно измениться функциональное состояние перестройка водного, энергетического и метаболического обмена на период отлива. Для этого у живых организмов прежде всего должна была измениться проницаемость оболочек и мембран клеток, через которые осуществляется обмен с окружающей их водной средой.
Это было для них жизненно важно -- важно для того, чтобы не произошло обезвоживание белково-коллоидного содержимого клеток за время до наступления нового прилива. Во время отлива резко изменялись условия солнечной инсоляции, температура и газовый режим среды. И только вода, приходящая с приливной волной, вновь "оживляла" обитателей литоральной зоны и давала им возможность нормально функционировать.
Таким образом, среди различных способов адаптации организмов к среде, приливно-отливной механизм регуляции клеточной проницаемости был одним из основных для тех видов, которые жили в литоральной зоне и затем вышли на сушу. Этот механизм был ключевым для сохранения временного анабиоза за счет резкого снижения метаболизма, а также сохранения воды и трофических веществ внутри живого организма. Следовательно, приливно-отливной механизм регуляции проницаемости клеточных мембран и оболочек явился, по нашему мнению, первоначальным деноминатором, основным определяющим фактором биологической ритмики, сопряженным с гравитационными силами.
Эволюционная роль лунных ритмов. Существование лунных ритмов у человека, животных и растений всегда было предметом острых дискуссий, они не прекращаются и в настоящее время в отношении всех видов животных, насекомых, птиц, рыб.
Отмечена связь биологических процессов и со сменой лунных фаз. На важную роль Луны указывают многочисленные исследования известного биоритмолога Ф. Брауна. В частности, он выявил, что при перевозе морских животных (устрицы, крабы) из мест отлова в другие места на суше их ритм подстраивался под местное лунное время, т. е. животные реагируют на изменение положения Луны в космическом пространстве, поскольку они "отмечали" моменты нижней и верхней кульминации Луны.
Исследования Ф. Брауна составили целую эпоху в изучении космического влияния на живые организмы. Он внес фундаментальный вклад не только в теорию этого вопроса, но и в методологию изучения всей проблемы в целом, поставив уникальные многолетние автоматизированные эксперименты, например непрерывное (в течение 10 лет!) изучение дыхания растений. Эти опыты помогли выявить низкоамплитудные лунно-суточные колебания дыхательной ритмики растений с большим максимумом в нижнем транзите Луны и небольшим минимумом в верхнем транзите. Синодический месячный цикл был обнаружен для скорости поглощения воды семенами бобов. Вероятно, в этом случае важную роль играет проницаемость оболочек семян для воды, изменяющаяся в соответствии с лунным ритмом [5].