Vladimir98

Мы знаем, что наше тело работает с помощью электричества. Оно управляет мышцами и передаёт сигналы в нервной системе. Но откуда берётся электричество внутри нас? Где тот генератор разрядов и по каким проводам бежит ток?

Если засунуть лампочку в рот, будет ещё эффектнее!

Что такое электричество

Это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов, говорит нам Википедия. Электрическими зарядами могут быть как элементарные электроны, так и протоны или даже ионы крупных химических элементов

Электроны в нашем организме напрямую для передачи электричества не используются. Протоны (ионы водорода — H+) используются для других целей: они создают кислую среду, например, в желудке

Для получения и передачи электричества в нашем теле используются ионы. В основном это два щелочных металла, потерявших по одному электрону: натрий (Na+) и калий (K+)

Минутка физики

Для того, чтобы понять, как в нас генерируется электричество нужно знать о двух физических явлениях

Напряжение

Эту характеристику тока знают все: она измеряется в вольтах. В розетке обычно 220 вольт и 0 пальцев (если это не так, нужно вызвать соответствующего специалиста). Другое название напряжения — разность потенциалов. Всё просто: если у нас в одной точке потенциал электрического поля равен 3 вольта, а в другой — 10 вольт, то напряжение между ними — 7 вольт!

Птички могут сидеть на высоковольтных проводах именно благодаря тому, что разность потенциалов (напряжение) между точками соприкосновения с проводом (лапками) невелика. Если же птичка внезапно решит продемонстрировать поперечный шпагат… Это будет искромётно!

Эта птичка знает физику и не садится на шпагат

Вот ещё одно полезное применение этого закона. Если вдруг вы попадёте в ситуацию с упавшим на землю электрическим проводом, отходите от него короткими шажками (не длиннее ступни) и вы будете в безопасности

Диффузия

Если концентрация какого-то вещества распределена неравномерно, то вещество будет стараться распространиться по всему объёму так, чтобы выровнять концентрацию. Когда вы кладёте ложку сахара в чай он не толпится в ложке. Сахар, в восторге крича «Да тут столько свободного места!» равномерно распределяется по всему стакану

Если одинаковых частиц в одном месте жидкости много, а в другом — мало (это и называется градиентом концентрации), они стремятся туда попасть. Стремятся не в смысле мечтая взять отпуск и смотаться туда, а чисто физически: бегут, сломя голову туда, где посвободнее, и бьются в стену, если она стоит на пути. Вот отличная иллюстрация:

Прежде чем перейти к электричеству в клетках нашего тела скажем ещё пару слов о самих клетках

Клетки тела

Внутри клетки есть ядро, митохондрии и куча других неинтересных для нас сейчас вещей. Нам интересно то, что отделяет клетку от окружающей среды: её мембрана

На картинке небольшой вырезанный участок мембраны. Представьте, что она продолжается во все стороны и дальше и, замыкаясь, ограничивает клетку.

Шарики с двумя хвостиками — это липиды. Они и составляют основу мембраны, образуя двойной слой

Но самое интересное для нашей темы — это фиолетовые штуки, пронизывающие мембрану. Химически это белки. Они выполняют самые разные функции. Например, есть белки-каналы, пропускающие определённое вещество. Помните про диффузию? Так вот, каналы — это дверь, через которую вещества могут переходить из области с высокой концентрацией в область с низкой. Каналы могут открываться и закрываться

Есть также белки-насосы. Они способны тратить энергию клетки, а взамен перемещать в вещество даже в область с высокой концентрацией! Представьте клеточный насос как огромного охранника на входе в клуб. Если кто-то попался ему под руку, он хватает его и выкидывает на выход, даже не смотря на то, что там уже куча людей

Нас интересуют натрий-калиевые насосы. Это даже не один охранник, а двое, работающих в паре! Один берёт за шкирку 3 иона натрия внутри клетки, а другой — 2 иона калия снаружи. Как только оба напарника собрали полный комплект, они разворачиваются и выкидывают захваченные ионы на другую сторону клетки. Так натрий оказывается снаружи, а калий — внутри. Na/K-насос работает постоянно. До 40 процентов энергии в наших клетках тратится только на его работу!

К чему это приводит

Вы могли заметить, что обмен неравнозначный: 3 иона натрия против 2 калия. Они имеют одинаковый положительный заряд. А это значит, что из-за такого обмена (насосов много и они работают постоянно) получается разность потенциалов между внутренней и наружной средой клетки! А где есть разность потенциалов, там есть и электричество!

Как возбуждаются клетки

Работа Na/K-насоса в итоге приводит к установлению равновесия. Разность потенциалов нормальной живой клетки стабильна — это называется потенциал покоя. Но ведь нас интересует совсем не такое стабильное электричество! Мы хотим разряд со звуком скдыщь!

Такой разряд нужен для того, чтобы сокращать мышцы или нейронам обмениваться информацией. И он происходит! Может быть разве что без соответствующего звука. Для этого включаются насосы, о которых мы говорили ранее

Если клетка получает сигнал (не будем сейчас разбирать его природу: статья и так затягивается), что нужно возбудиться, происходит следующее. Натриевые насосы в мембране открываются. Натрий, так долго сдерживаемый суровыми охранниками, видя открытые двери толпами ломится внутрь, неся с собой положительный заряд. Разность потенциалов меняется! Теперь она называется потенциалом действия. Его график выглядит так:

Нижняя пунктирная линия — это потенциал покоя, когда в клетке существует равновесие. Плавный подъём вверх (a-b) происходит, когда клетка начинает подозревать, что скоро что-то будет. Немного натриевых каналов открываются и разность потенциалов потихоньку ползёт вверх. Достигая некоторого критического потенциала в клетке открываются вообще все натриевые каналы и ошалевший натрий мгновенно врывается внутрь (линия b-c). Далее все каналы захлопываются, натрий начинает выбрасываться из клетки насосами и потенциал вновь приходит в норму. До следующего такого действия, которое, например, в клетках сердца происходит каждую секунду. Всем знакомое ЭКГ — это отражение потенциалов действия сердца

Как передаётся возбуждение

И самый крутой момент! Натриевые насосы — потенциал-чувствительные. Это значит, что они открываются, когда потенциал мембраны изменяется

Вот почему это круто. Стоит возбуждению произойти на небольшом участке клетки, это приводит к открытию там натриевых каналов. Это изменяет потенциал мембраны и приводит к открытию каналов поблизости. И так далее по цепной реакции! Именно по этому на графике такой резкий скачок вверх: если в одном месте возникает возбуждение, то оно быстро охватывает всю клетку. Это называется законом всё или ничего

Надеюсь, ваши электрические связи в мозгу узнали о себе много нового. Больше постов про науку, учёбу и IT можно найти в моей группе ВК

Фразы «учёные предполагают», «теория может объяснить» и даже само слово «теория» нередко отпугивают не близких к науке людей. Почему учёные всегда так неуверены? Неужели нельзя точно сказать, как же было на самом деле? Давайте разберёмся, почему это так и как работает наука

Ньютон не прав. Ньютон — лев! Только посмотрите на эту гриву

Как на самом деле устроен мир

Этого не знает никто. Подробный ответ на то, почему это так философы разрабатывали сотни лет. И вот в чём дело: предположим мы узнали какой-то факт об окружающем мире. Как мы можем быть уверены, что он описывает то, каким мир является на самом деле. Если мы увидели что-то своими глазами, мы могли плохо это разглядеть или не так понять. Если мы измерили какой-то показатель прибором, то с чего мы взяли, что прибор не врёт? Если мы прочитали факт в книге, то откуда нам знать, что он правдив, даже если так написано в этой книге. Одна гипсовая голова говорила "Я знаю, что я ничего не знаю", когда ещё не была гипсовой

Но в мире вокруг происходит множество вещей! Иногда идёт дождь, случаются солнечные затмения, а яблоки всегда падают только вниз. Очень хочется описать, как же это всё работает, найти закономерности. Пусть мы не можем знать, как это работает на самом деле. Давайте попытаемся сделать это хоть как-нибудь

И именно так и работают научные теории! Сначала люди пытаются описывать мир так, как могут. Более простым и очевидным образом. Земля кажется плоской — мы предполагаем, что она и есть плоская. Пусть мы не можем знать, какая она на самом деле, если жить с такой мыслью, можно уйти в депрессию. Давайте будем жить с той мыслью, что Земля плоская, пока не появятся свидетельства о том, что это не так

Очевидным предположением было, что все прочие небесные тела вращаются вокруг Земли — это называется геоцентризм. Научная ли это теория? Да! Это не псевдонаука (на том этапе развития человечества). Но со временем люди поняли, что если принять, что планеты в нашей солнечной системе вращаются вокруг Солнца, это позволит лучше и проще описывать наблюдаемые явления!

Так и работает наука. Учёный готов отвергнуть любую, даже самую красивую теорию, даже от величайшего человека, если она хуже описывает окружающий мир, чем новая. Пока же мы не изобрели новую теорию получше (или не доработали старую) мы пользуемся существующей. Как правило, у любой теории есть проблемы, есть вопросы, на которые она не может ответить полностью. Но если учёные её используют, значит она работает лучше всего, что ещё известно

Так что там с Ньютоном?

В школе все мы учили теорию гравитации Ньютона. Она была настоящим прорывом для своего времени. Но на данный момент она… неверна! Теория относительности Эйнштейна описывает мир куда лучше и поэтому встала на её место. Плоха ли теория Ньютона? Она очень хороша! Настолько хороша, что её достаточно, чтобы отправить человека в космос. Но мы готовы отвергнуть её в пользу более точной теории

Что же такое научная теория

Несмотря на то, что в этой статье я назвал геоцентризм и теорию плоской Земли научными, сейчас они такими не являются. Какими же свойствами должна обладать теория, чтобы она называлась научной?

1. Описание общих законов и сферы их применения. Наука должна правильно объяснять явления. Именно из-за несоответствия действительности была отвергнута теория плоской Земли

2. Предсказание неизвестных явлений. Если ваша теория может описать что-то уже существующее —это не так интересно. Важно, чтобы новая теория могла предсказывать новые явления — так наука движется вперёд

Например, Ньютон не просто понял, что яблоки падают вниз — наверняка, это замечали и другие люди. Гениальность Ньютона в том, что он предположил, что точно такие же законы притяжения работают для всех тел — в том числе небесных. Так Ньютон смог описать движение планет!

Из-за сложности предсказания новых явлений была отвергнута теория геоцентризма

3. Логико-математические выводы. Наука опирается на логику. Если в теории используются некорректные логические выводы или иррациональные понятия, она не научна

Поэтому любая религия не является научной теорией: она опирается на иррациональное — веру

4. Фальсифицируемость. Научная теория не может быть принципиально неопровержимой. Должен существовать такой эксперимент или факт, который мог бы её опровергнуть. Например, теорию относительности Эйнштейна можно опровергнуть: достаточно всего лишь одного несоответствия опыта её предсказаниям

Благодаря этому критерию теория эволюции является научной теорией, а психоанализ Фрейда — нет. Потому что психоанализ может объяснить любой факт в своих рамках

Надеюсь, после этого стало немного яснее неуверенность учёных и то, как на самом деле работает наука. Больше постов про науку, IT и учёбу — в моей группе ВК. Спасибо за чтение!

Это самая мистифицированная идея науки. Она обросла таким количеством мифов и предрассудков, что многие ведут споры о ней, не понимая самого предмета дискуссии. Я надеюсь этим постом показать, что в теории эволюции нет ничего сверхъестественного — она максимально логична!

Главное заблуждение

Начну немного отвлечённо, а затем перейду к основам. Многие воспринимают эволюцию, как что-то осознанное, имеющее цель

Это в корне неверно. Эволюция — это просто процесс, протекающий совершенно естественным образом при соблюдении некоторых условий, о которых мы поговорим далее. Воспринимайте её как, скажем, гравитацию. Она не имеет цели, она просто есть. И работает совсем не созидательным способом

На этом отступление закончилось, теперь поговорим более структурированно

Основы

Здесь я опишу достоверно известные науке факты, которые пригодятся нам в дальнейшем. Уверен, многие из них вам знакомы!

1. ДНК несёт наследственную информацию. Все эукариотические (с ядрами в клетках) организмы строятся на основе информации в ДНК их клеток. ДНК можно воспринимать, как книгу, написанную всего четырьмя буквами — нуклеотидами, в которой содержится инструкция по сборке и работе тела

2. Живые организмы обладают наследственностью. Это значит, что дети рождаются не совершенно уникальными, а получают генетическую информацию от родителей. Поэтому дети похожи на своих родственников

3. Каждая особь уникальна. Каждый ребёнок (не считая близнецов) рождается с уникальным набором признаков. Даже несмотря на то, что признаки эти наследуются от родителей, их настолько много, что в целом получается совершенно новый организм! Это происходит вследствие рекомбинации — случайного перемешивания генов при оплодотворении

Есть и другая причина:

4. В ДНК происходят мутации. Наш организм состоит из огромного числа клеток. Большинство из них постоянно обновляются — делятся. При этом в каждой клетке содержится полный набор хромосом, который вновь воспроизводится при делении. Представьте, что нашу книгу-инструкцию постоянно перепечатывают! Кроме того, её ещё и постоянно используют — читают. Рано или поздно случаются ошибки

Например, в книге написано "Ток бежит по проводам"

Но при переписывании книги (не один, а десятки и сотни раз) рано или поздно происходят ошибки. Где-то теряется буква, где-то вставляется новая, а где-то буквы могут поменяться местами. Чаще всего получается, конечно, нечитаемый бред. Но очень редко получаются и осмысленные «фразы», которые довольно сильно меняют смысл написанного. Например, мы можем получить вместо исходной фразу «Кот бежит по проводам»

Такие случайные ошибки, называемые мутациями, также играют свою роль в уникальности организмов

5. Работают законы логики и причинно-следственные связи. Новая запись в ДНК по-новому влияет на работу целого организма — это понятно. Но я бы хотел сказать о другом. Проведём мысленный эксперимент. Представьте остров, на котором из съедобного растут только бананы. А также, группу обезьян, живущих на этом острове. Обезьяны живут в этом раю годами, наслаждаясь едой и размножаясь. Но однажды происходит случайная мутация и в новом поколении рождается обезьяна с аллергией на бананы. Но больше еды на острове нет! Что произойдёт с такой обезьяной? К сожалению, она умрёт в детстве. Это называется естественным отбором — неприспособленные к условиям погибают. Предположим, аллергия была бы генетически обусловленной и, появившись после мутации, смогла бы передаваться потомкам. Но особь с этими генами умерла в детстве! Так естественным образом из популяции ушли неподходящие гены. Здесь нет никакой осмысленной силы, желающей, чтобы обезьяны ели только бананы — только суровое стечение обстоятельств. Остаются только обезьяны, способные питаться едой вокруг

Если вы согласны со всеми условиями, описанными выше, то вы легко поймёте и теорию эволюции — она является всего лишь выводом!

Как это работает

Жизнь в реальных условиях не так проста, как в банановом раю. Жизнь — это конкуренция. Нужно постоянно бороться с условиями окружающей среды. Необходимо добывать еду. За неё приходится конкурировать с особями других видов, а также своего! На всех пищи может и не хватить. Среди двух голодных львов выживет тот, кто первый схватит добычу — самый быстрый. Другой погибнет и гены более быстрого льва передадутся потомству. Здесь также видно, что едой может быть и ваш вид — тогда нужно бороться за свою жизнь уже иначе!

Откуда вообще берутся новые виды?

Путём постепенного очень медленного изменения текущих. Представьте океан, полный рыб. Еды катастрофически не хватает, многие погибают от голода. Но некоторые особи случайными мутациями получили то, что помогает искать пищу вне воды — конечности. Сначала в зачаточном состоянии, что могло позволить продвинуться чуть-чуть. Но те, кому это удалось, выжили и смогли передать гены конечностей потомкам! И так постепенно появлялись новые мутации, которые позволили живым существам выйти на сушу. Рыбы при этом никуда не делись: они также остались в океане! Но группе живых существ удалось покорить сушу и в этом раю, полном пищи, произвести также много потомства. А затем еды снова стало не хватать…

Почему мутации такие полезные?

Это ещё одно заблуждение! Мутации в абсолютном большинстве вредные. Исправлять что-то в инструкции по сборке организма — не лучшая идея (предложите программисту случайно изменить код и посмотреть, что будет). Чаще всего мутации летальны и особь с ними погибает ещё в зародышевом состоянии. В самом деле, какая польза от кошек в проводах, если нам нужно электричество? Небольшая часть мутаций — нейтральные. Например, изменение цвета глаз не очень поможет добывать пищу. И лишь крохотная часть от оставшейся доли процента мутаций могут принести какую-то пользу

И как же они тогда образуют столько новых видов?

На это есть две причины. Первую мы разобрали выше. Бесполезные мутации устранятся естественным образом — особь не выживет или не сможет оставить потомство. Зато полезные мутации закрепятся и распространятся. Представьте особь, которая получила доступ к огромному количеству пищи в океане голодных рыб! Она будет чувствовать себя прекрасно, найдёт пару для размножения и распространит свои гены.

Вторая причина — временные рамки эволюции. Это то, чего не понимают очень многие люди. Эволюция не измеряется сотнями или даже тысячами лет. Её время действия — сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет. Жизни на Земле — два миллиарда лет. Вот как иллюстрирует Ричард Докинз в книге "Расплетая радугу" эволюционные рамки:

Раскиньте вширь руки в широком жесте, чтобы вместить всю эволюцию от начала у кончиков пальцев вашей левой руки, до сегодняшних дней – у правой.
На всём пути, проходящем через середину и дальше правого плеча, жизнь состояла только из бактерий.
Многоклеточная беспозвоночная жизнь расцвела где-то около вашего правого локтя.
Динозавры берут начало в середине вашей правой ладони, и вымирают в районе последней фаланги пальца.
Вся история Homo Sapiens и нашего предка Homo Erectus умещается на кончике ногтя.
Что же касается записанной истории, как шумеров, вавилонян, еврейских патриархов, династий фараонов, римских легионов, христианских отцов, неизменные законы мидян и персов; как Трои и греков, Елены и Ахиллеса и смерть Агамемнона; как Наполеона и Гитлера, Битлз и Билла Клинтона, их и всё что нам известно - сдуваются в виде пылинки от лёгкого прикосновения пилочки для ногтей.

Эволюция не стремится создать что-то прекрасное или совершенное. Она вообще не стремится ничего делать! Её метод — это метод слепого котёнка, перебирающего все варианты. Большинство вариантов погибают, но часть остаётся и оказывается способна распространить свои гены. Здесь нет никакого умысла, только прямая логика и жестокость окружающего мира. Мутации, наследственность и естественный отбор сливаются в то, что называется эволюцией. Приспособленные — отбираются, остальные — погибают. Эволюция не происходит по щелчку пальцев, она длится миллионы лет и достигается ценой миллионов смертей

И это ужасно! Такая суровая логика мира, «Приспособишься — выживешь», приводит к появлению существ самым мерзким образом цепляющихся за жизнь. Большая часть видов на планете — насекомые. 50% видов живых существ хотя бы на одной стадии развития являются паразитами

Я бы хотел жить в мире, который создало доброе и любящее существо, и чтобы после смерти нас ждало райское место. Но реальность, к сожалению, не такова

Больше постов про науку, учёбу и IT можно найти в моей группе ВК