Почему у человека некоторые органы — парные (например, легкие, почки), а другие — в одном экземпляре?
Иллюстрация, показывающая различные типы симметрий, существующие на Земле. Демонстрируется в Музее естественной истории имени Филда в Чикаго, США. Здесь показаны и те виды симметрии, которые не были описаны в этой статье, поскольку не встречаются у человека (например, спиральная симметрия раковин моллюсков). Изображение с сайта en.wikipedia.org
Вначале попробуем ответить на вспомогательный вопрос: почему у человека некоторые части тела симметричны, а другие — нет?
Симметрия — базовое свойство большинства живых существ. Быть симметричным очень удобно. Подумайте сами: если у вас со всех сторон есть глаза, уши, носы, рты и конечности, то вы успеете вовремя почувствовать что-то подозрительное, с какой бы стороны оно ни подкрадывалось, и, в зависимости от того, какое оно, это подозрительное, — съесть его или, наоборот, от него удрать.
Самая безупречная, «самая симметричная» из всех симметрий — сферическая, когда у тела не отличаются верхняя, нижняя, правая, левая, передняя и задняя части, и оно совпадает само с собой при повороте вокруг центра симметрии на любой угол. Однако это возможно только в такой среде, которая сама идеально симметрична во всех направлениях и в которой со всех сторон на тело действуют одни и те же силы. Но на нашей земле подобной среды нет. Существует по крайней мере одна сила — сила тяжести, — которая действует только по одной оси (верх-низ) и не влияет на остальные (вперед-назад, вправо-влево). Она всё тянет вниз. И живым существам приходится к этому приспосабливаться.
Так возникает следующий тип симметрии — радиальная. У радиально-симметричных существ есть верхняя и нижняя части, но правой и левой, передней и задней нет. Они совпадают сами с собой при вращении только вокруг одной оси. К ним относятся, например, морские звезды и гидры. Эти создания малоподвижны и занимаются «тихой охотой» за проплывающей мимо живностью.
Актинии (морские анемоны) — пример радиально симметричных организмов. Рисунок из книги Эрнста Геккеля «Красота форм в природе». Изображение с сайта en.wikipedia.org
Но если какое-то существо собирается вести активный образ жизни, гоняясь за жертвами и удирая от хищников, для него приобретает важность еще одно направление — передне-заднее. Та часть тела, которая находится впереди, когда животное двигается, становится более значимой. Сюда «переползают» все органы чувств, а заодно и нервные узлы, которые анализируют полученную от органов чувств информацию (у некоторых счастливчиков эти узлы потом превратятся в головной мозг). К тому же, спереди должен находиться рот, чтобы успеть ухватить настигнутую добычу. Всё это обычно располагается на отдельном участке тела — голове (у радиально-симметричных животных головы нет в принципе). Так возникает билатеральная (или двусторонняя) симметрия. У билатерально-симметричного существа отличаются верхняя и нижняя, передняя и задняя части, и только правая и левая идентичны и являются зеркальным отображением друг друга. Этот тип симметрии характерен для большинства животных, включая и человека.
«Витрувианский человек» Леонардо да Винчи показывает пример билатеральной симметрии. Изображение с сайта en.wikipedia.org
У некоторых животных, например у кольчатых червей, помимо билатеральной есть и еще одна симметрия — метамерная. Их тело (за исключением самой передней части) состоит из одинаковых члеников-метамеров, и если сдвигаться вдоль тела, червь сам с собой «совпадает». У более развитых животных, включая человека, сохраняется слабое «эхо» такой симметрии: в каком-то смысле, наши позвонки и рёбра тоже можно назвать метамерами.
Человеческие ребра имеют некоторые черты метамерной симметрии. First thoracic — первый грудной позвонок, first lumbar — первый поясничный. Изображение с сайта ru.wikipedia.org
Итак, почему у человека есть парные органы, мы разобрались. Теперь обсудим, откуда взялись непарные.
Для начала попробуем понять: что же является осью симметрии для самых простых, радиально симметричных, примитивных многоклеточных? Ответ простой: это пищеварительная система. Вокруг нее и выстраивается весь организм, и организован он так, чтобы каждая клеточка тела находилась близко к «кормушке» и получала достаточное количество питательных веществ. Представим себе гидру: ее рот симметрично окружен щупальцами, которые загоняют туда добычу, а кишечная полость находится в самой середине организма и является осью, вокруг которой формируется всё остальное тело. Пищеварительная система у таких существ одна по определению, потому что «под нее» и выстраивается весь организм.
Постепенно животные усложнялись, и их пищеварительная система тоже становилась всё более совершенной. Кишечник удлинился, чтобы более эффективно переваривать пищу, и поэтому ему пришлось сложиться в несколько раз, чтобы поместиться в брюшной полости. Появились дополнительные органы — печень, желчный пузырь, поджелудочная железа, — которые расположились в организме асимметрично и «подвинули» некоторые другие органы (например, из-за того, что печень расположена справа, правая почка и правый яичник/яичко сдвинуты вниз относительно левого). У человека изо всей пищеварительной системы только рот, глотка, пищевод и анальное отверстие сохранили свое положение на плоскости симметрии организма. Но пищеварительная система и все ее органы так и остались у нас в единственном экземпляре.
Теперь посмотрим на кровеносную систему.
Если животное маленькое, у него нет проблемы с тем, чтобы питательные вещества дошли до каждой клеточки, — ведь все клетки находятся достаточно близко к пищеварительной системе. Но чем больше живое существо, тем острее для него возникает проблема доставки питания до «отдаленных провинций», находящихся на большом расстоянии от кишечника, на периферии тела. Появляется потребность в чём-то, что «кормило» бы эти участки, а кроме этого, соединяло всё тело воедино и позволяло далеко расположенным регионам «общаться» между собой (а у некоторых животных также разносило бы кислород от органов дыхания по всему телу). Так появляется кровеносная система.
Кровеносная система выстраивается вдоль пищеварительной, и поэтому состоит она, в самых примитивных случаях, всего лишь из двух главных сосудов — брюшного и спинного — и нескольких соединяющих их дополнительных. Если существо маленькое и слабоподвижное (как, например, ланцетник), то для того, чтобы кровь двигалась по сосудам, достаточно сокращения самих этих сосудов. Но относительно крупным существам, ведущим более активный образ жизни (например, рыбам), этого мало. Поэтому у них часть брюшного сосуда превращается в специальный мышечный орган, с силой толкающий кровь вперед, — сердце. Поскольку оно возникло на непарном сосуде, то и само оно «одинокое» и непарное. У рыб сердце симметрично само по себе и в теле располагается на плоскости симметрии. Но у наземных животных, в связи с появлением второго круга кровообращения, левая часть сердечной мышцы становится больше правой, и сердце сдвигается в левую сторону, теряя и симметричность своего положения, и свою собственную симметрию.
Ответила: Вера Башмакова на elementy.ru
Хочу все знать #444. Как это работает: мурашки по коже.
В этой рубрике объясняются (с помощью простых слов и понятных картинок) вещи, которые нас с тобой окружают.
По словам научного сотрудника кафедры нормальной физиологии Ростовского университета
А. Амачана, привыкшие все усложнять ученые вместо симпатичного слова «мурашки» используют другой термин — пиломоторный (мышечно-волосковый) симпатический рефлекс «гусиной» кожи Тома.
Что ж, пусть так.
Пиломоторный рефлекс появился у человека очень давно, еще до твоего рождения.
Нашим далеким человекообразным предкам приходилось заботиться о теплорегуляции самостоятельно. Для этого у животных была заимствована способность приподнимать волосяной покров на теле, увеличивая тем самым воздушную подушку, предохраняющую от замерзания.
В основе рефлекса лежит сокращение очень маленькой мышцы, которая отвечает за выпрямление волоса в ответ на действие холода. Представить, что под каждым волоском на теле находится маленькая мышца и периодически его выпрямляет, так же сложно, как и представить безграничность Вселенной, но так говорит наука.
Кроме того, наука в лице нашего консультанта добавляет, что встать дыбом волосы могут не только от холода. Любой стрессовый фактор — холод, казнь на электрическом стуле, ужас от нового квартального плана — запускает одинаковые ответные реакции твоего организма.
Как правило, вызванный стрессом выброс адреналина сопровождается сужением кровеносных сосудов, повышением давления, учащением пульса и им, этим самым - пиломоторным рефлексом.
Были ли у вас странные особенности?
Всем привет! 2 года назад мне попали песком в глаза, зрение тогда восстановилось не сразу. Где-то через неделю. Теперь, когда что-то передвигается очень быстро, я, как-бы "покадрово" вижу передвижение. Не то, чтобы время вокруг меня замедлялось. Нет. Именно объект, на который я смотрю. Иногда это оооочень неудобно. Например, когда я смотрю мультфильм, я часто вижу "замедления", когда происходит какое-нибудь быстрое движение.
А были ли у вас такие странные особенности чего-либо?
Опросик на тему стресса и его влияния на ваш организм
Как всегда, всё в последний момент. Если будут неравнодушные, у которых будет свободная минута-другая, пройдите, пожалуйста, опрос, прикреплённый по ссылке ниже. Возможно, кому-то это покажется интересным.
Заранее всех благодарю.
влияние стресса на организм человека https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSf6yjn_WMYHL-4y8rnz...
Как ваши клетки выбирают свой жизненный путь и справляются со стрессом
Внутренняя жизнь клетки насыщена событиями не меньше, чем человеческая, — им был посвящен отдельный цикл материалов «Чердака». Специально для Вас редакция сняла несколько роликов о том, как клетки выбирают свой жизненный путь и справляются со стрессом.
Смотрите также:
Поиграем в бизнесменов?
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Электричество внутри нас
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:
![Электричество внутри нас Наука, Физиология, Электричество, Человек, Организм, Человек наук, Гифка, Длиннопост](https://cs10.pikabu.ru/post_img/2018/07/31/10/1533055662230623344.jpg)
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