Біологія 11 клас

РОЗДІЛ І РОЗМНОЖЕННЯ


ТЕМА 5. ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ


§ 24. ТРИВАЛІСТЬ ЖИТТЯ, СТАРІННЯ І СМЕРТЬ


Терміни і поняття: період життя; старіння; смерть; максимальна тривалість життя; теломери.

Що таке тривалість життя. Однією з характеристик онтогенезу є його тривалість. У всіх рослин і тварин період зародкового розвитку завжди коротший за постембріогенез, який і прийнято вважати періодом життя організму. У тварин з прямим типом розвитку життя починається від появи на світ і триває до смерті. В організмів з метаморфозами не все так просто — частина життя припадає на личинкову стадію. У хребетних тварин ця стадія становить дуже незначний період онтогенезу. У яйцеродних костистих риб період розвитку личинки займає від кількох днів до кількох тижнів, а на ріст, дозрівання й зрілість залежно від виду припадає три-чотири, десятки й, навіть, більше сотні років. У жаб розвиток пуголовка триває один-два місяці, а подальший період життя може бути більше 10 років.

У комах зовсім інша ситуація — личинкова стадія зазвичай набагато триваліша за дорослий період життя. Цей дорослий період життя, на якому комахи не ростуть і не дозрівають, як ви пам’ятаєте, називається імаго (від лат. імаго — образ). Деякі комахи, наприклад одноденки, (мал. 92) або комарі-дзвінці, у цей період навіть не живляться, оскільки у дорослому стані мають недорозвинену травну систему. У результаті стадія імаго у них триває лише кілька діб (на личинкову стадію припадає кілька місяців). За цей час відбувається копуляція й самки встигають відкласти яйця. Про таких тварин часто говорять, що вони живуть лише кілька днів. У більшості ж комах, які в дорослому стані добре й багато живляться, стадія імаго може тривати кілька тижнів або місяців, тоді як личинка живе кілька років. Наприклад, літ травневих хрущів триває два-три тижні при тому, що личинка розвивається в землі три роки. Рекордсменом серед комах за тривалістю життя на личинковій стадії є періодична цикада, личинки якої зариваються глибоко в землю, де розвиваються протягом 16 років. Проте є і винятки — матки соціальних комах. Так, самки-цариці медоносної бджоли живуть до п’яти років, а мурах — навіть до 15.

З чим пов’язані такі відмінності хребетних і комах? Очевидно, на стадіях личинки і лялечки комахи проходять усі стадії розвитку, повністю виростають та дозрівають. Після цього їм тільки й залишається, що розмножуватися. У хребетних же личинка — це практично ще ембріон, здатний, однак, живитися. Щоб досягти дорослої стадії розвитку у після личинковий період організму необхідно ще довго рости і дозрівати.



Мал. 92. Одноденки — комахи окремого ряду, які у дорослому стані живуть так недовго, що навіть не мають функціональної травної системи.



Від чого залежить тривалість життя. Тривалість життя в організмів різних видів дуже неоднакова. Одноклітинні істоти активно живуть (не у вигляді спори або цисти) якнайбільше кілька діб, тоді як життя багатоклітинних організмів часом розтягується на сотні років. Очевидно, чим з більшого числа клітин складається тіло організму й чим складніше він побудований, тим надійніше функціонує й тим повільніше протікають у ньому процеси старіння — поступового порушення нормального функціонування, втрати здатності до розмноження і відновлення ушкоджених тканин і органів. Старіючий організм втрачає здатність швидко пристосовуватися до умов навколишнього середовища, протистояти різним інфекціям. Процес старіння неминуче веде до природної смерті — необоротного припинення функціонування організму. Багатоклітинні істоти — рослини і тварини, навіть досить близькі у систематичному відношенні, можуть мати різний період життя. Відмінності у максимальній тривалості життя у представників одного класу хребетних можуть становити два, три, десять і навіть майже сто раз (табл. 16).


Таблиця 16

Максимальна тривалість життя різних видів хребетних, років



Полярний кит

210


Людина

122


Африканський слон

86

Ссавці

Шимпанзе

75


Собака

34


Білка

16


Миша хатня

4


Гриф

118


Лебідь

70

Птахи

Голуб

23


Ластівка

9


Колібрі

4


Галапагоська черепаха

177

Плазуни

Нільський крокодил

68


Ящірка прудка

8-10


Осетер

160

Риби

Сом

60


Карась

15


Гупі

3

Дослідження вчених дають підстави вважати, що максимальна тривалість життя особин конкретного виду чітко залежить від його біологічних особливостей. Ідеальний вид-довгожитель серед ссавців — великий звір з досить тривалим періодом статевого дозрівання й нечисленним потомством. Також установлено, що повільніше старяться тварини з більшим мозком і низькою швидкістю метаболізму. Виходячи з цих критеріїв, усі великі ссавці, особливо кити, слони й людина в ідеальних умовах повинні жити довго, а крихітні землерийки і плодючі мишоподібні гризуни, навіть якщо їх позбавити ворогів і лікувати від хвороб, матимуть дуже короткий вік. Подібну закономірність легко простежити не тільки у звірів, а й в інших хребетних: риб, рептилій і птахів.

З чим же пов’язана більша тривалість життя великих тварин? Насамперед, через більші розміри вони довше ростуть, а тому пізніше дозрівають. Крім того, у великих організмів набагато нижча швидкість обміну речовин, ніж у дрібних близької їм систематичної групи. Це означає, що за одиницю фізичного часу великі організми витрачають менше енергії та речовини, тобто, ніби заощаджують свої життєві сили.

Час, як і всі інші фізичні величини, — поняття відносне. Тому тривалість життя будь- якого організму можна оцінювати як за допомогою астрономічного годинника, створеного, виходячи з часу оберту Землі, так і біологічного, що ґрунтується на внутрішніх ритмах життєдіяльності організму. Відомо, що у всіх менших за розміром організмів швидкість метаболізму вища, ніж у великих особин свого або близьких видів. Відповідно, якщо це хребетні тварини, то відносно дрібні особини частіше дихають, їх серце б’ється у підвищеному ритмі. Цю особливість біологічного годинника підтверджують найдрібніші звірки — землерийки, які за добу встигають щонайменше чотири рази пополювати й чотири рази поспати. Очевидно, що за один оберт Земної кулі вони проживають кілька біологічних діб, а за місяць свого життя, можливо, навіть й астрономічний рік. Виходить, якщо як критерій тривалості життя брати не стрілки годинника, а періодичні події, які відбуваються в організмі, то цілком резонним буде запитання: а хто насправді довше живе? Чи вовчиця, котра протягом не більше 30 астрономічних років встигає дати життя кільком десяткам нащадків, чи слониха, яка за максимальний строк свого життя шість — сім десятків років народжує трьох-чотирьох слоненят?

Скільки живуть рослини. Різну тривалість життя мають і рослини. Дерев’янисті рослини дозрівають повільніше й вступають у плодоносіння набагато пізніше, ніж трав’янисті, а тому зрозуміло, що строк їх життя завжди довший. Дерева взагалі мають найвищу тривалість життя серед усіх мешканців Землі. Найбільшими довгожителями є представники відділу Хвойні. Це головним чином мешканці гірських систем американського континенту сосна остиста, секвойядендрон гігантський (мамонтове дерево) і мексиканський кипарис, а також представник європейської гірської флори, що росте, у тому числі й у Карпатах, — тис ягідний. Найбільшим довгожителем вважають сосну остисту. У горах Сьєрра-Невада не рідкісні екземпляри віком 4 тис. років. Найстаріші особини настільки унікальні, що їм дані власні імена. Вік найдавнішого дерева, названого Мафусаїлом, оцінюють у 4,9 тис. років. Можна подумати, що сосни цього виду живуть в ідеальних умовах, але все з точністю до навпаки: селяться вони на крутих кам’янистих схилах, на великій висоті, у місцях з дефіцитом опадів і ураганними вітрами. Саме тому ці дерева ростуть вкрай повільно, й, можливо, живуть так довго (мал. 93, а — в).

Є довгожителі й серед квіткових рослин. Найсправжнісінький виклик сосні остистій кинув баобаб африканський (мал. 93, г), якого вважають восьмим дивом світу. Радіокарбоновий метод дослідження показав, що дерева з діаметром стовбура 4,6 м, які й нині ще трапляються в Африці, мають вік понад 5,5 тис. років. А ще 200 років тому росли екземпляри баобабів зі стовбурами дев’ять метрів у діаметрі.

У флорі України також є свої рослини-довгожителі. Поряд з тисом до них відносять і пересічний вид наших лісів дуб черешчатий. Дозрівають молоді дубки пізно. Жолуді уперше з’являються тільки у 60—80-літніх дерев. Доживає дуб черешчатий до 1,5 тис. років. Один з кращих наших медоносів липа дрібнолиста зазвичай живе 200—400 років, але є й 500-літні особини. Перше цвітіння в цього дерева спостерігається у віці 20 років. Сосна звичайна живе якнайбільше 300 років, звичайно ж — до 150, входить у період плодоносіння у 15 років. Найбільш швидкоростучі рослини українських лісів — верби й тополі живуть не більше 100 років, дозріваючи уже в 10-літньому віці.

Старіння і тривалість життя людини.Старіння людини, тобто зниження її фізичних можливостей на рівні фізіологічних функцій, можна проілюструвати в такий спосіб. Виявляється, в 75-літнього чоловіка порівняно з 30-літнім знижені: на 10 % — швидкість проведення нервових імпульсів; на 29 % — швидкість фільтрації сечі в нирках; на 30—40 % — працездатність скелетних м’язів. Кровопостачання мозку у нього здійснюється на 80 %, а серця — на 75 %. Ці зміни у функціях органів зумовлені їх структурними змінами. Так, число смакових рецепторів у літнього чоловіка менше на 64 %, ниркових канальців — на 47 %, аксонів спинного мозку — на 37 %. Просвіти кровоносних судин через відкладання холестеринових бляшок у нього вужчі на 29 %, а життєвий обсяг легенів — на 44 %.

Досягнення сучасної медицини майже вдвічі збільшили тривалість життя людей. Дослідники стверджують, що протягом майже всієї людської історії середня тривалість життя була дуже невеликою — приблизно 30—35 років. Починаючи з  XVIII ст., дедалі більше людей почали доживати до похилого віку. Нині середня тривалість життя залежно від країни становить 60—80 років. Причому, чим вищий рівень життя в країні, тим більша тривалість життя її громадян. Проте при цьому не вдається збільшити максимальний вік людини. А яка ж максимальна тривалість життя людини взагалі? Офіційно встановлений рекорд у цьому належить, мабуть, француженці Жанні Кальман, яка народилася в 1875-у, а вмерла в 1997-у році, проживши 122 роки й 164 дні. У першу десятку офіційних довгожителів входить і наш земляк, житель невеличкого містечка Львівської області Григорій Нестір, який прожив трохи більше 116 років.

Очевидно, вікова межа, встановлена людині її організмом, не перевищує 120 років, хоч є згадування про 140—160, і, як легенду, — про 200-річних довгожителів. Але у ті далекі часи, коли вони народилися, не було такої строгої реєстрації народження, як тепер, отже, правильність дати їх народження викликає великі сумніви.

Чому настає старіння і з чим пов’язані необоротні вікові порушення? З одного боку, відповідь на ці запитання лежить на поверхні, й багато вчених вважають, що старіння людського організму подібне зношуванню техніки. Однак, з іншого боку, організм, на відміну, скажімо, від автомобіля, є системою, яка сама себе відновлює, а тому звести процес старіння просто до незворотного зношування окремих деталей-органів було б неправильно.



Мал. 93. Найбільші довгожителі Землі: а — сосна остиста; б — мамонтове дерево; а — тис ягідний; г — баобаб.


Мал. 94. Теломерні ділянки хромосом, наявність яких дає змогу, наприклад клітинам людини, ділитися не більше ніж 50 раз.


Часто вчені пояснюють старіння процесами, що відбуваються на молекулярному рівні організації. Це зокрема нагромадження непотрібних активних речовин — хімічних радикалів (пригадайте, які речовини називають хімічними радикалами й чому вони такі активні). Взаємодіючи з білками і нуклеїновими кислотами, вони викликають в останніх пошкодження, що призводить до порушення їх функцій. Пригадайте, саме взаємодія радикалів з молекулами ДНК веде до точкових мутацій, які, в свою чергу, спричиняють порушення структури білка. До цього слід додати, що мутації у клітинах можуть викликатися й іншими факторами (пригадайте, що таке спонтанний мутагенез). Мутації мають властивість накопичуватися протягом життя, тому в старих клітинах синтезується багато «неправильних» білків.

Існують й інші теорії старіння. Встановили, що клітини людини можуть ділитися якнайбільше 50 раз, після чого гинуть. Причиною їх запрограмованої смерті є те, що після кожного клітинного поділу від кінцевої, особливо побудованої ділянки хромосоми, яку називають теломерою (від грец. телос — кінець і мерос) (мал. 94), особливі ферменти ніби «відкушують» невеликий шматочок. Після 50 поділів уся теломера «з’їдається», і клітина гине. Дослідження показали, що організми, клітини яких здатні до нескінченного числа поділів (це одноклітинні організми, багатоклітинні рослини і тварини, які можуть розмножуватися вегетативним шляхом, а також ракові клітини), мають спеціальний фермент теломеразу, за допомогою якого відновлюють втрачені ділянки.

Саме тому багато вчених вважають, що максимальний строк життя людини можна продовжити тільки шляхом генної інженерії, ввівши у клітини ген, що кодує теломеразу. Це може забезпечити їм нескінченне число поділів і таким чином, навіть, відкрити шлях до безсмертя.

Що необхідно знати для того, щоб жити довше. Різні організми відрізняються один від одного здатністю до максимальної тривалості життя так само, як розмірами тіла, плідністю, швидкістю росту та іншими індивідуальними параметрами. Не є винятком і вид людина розумна. Від чого це залежить? Насамперед від генетичної складової. Добре відомо, що у батьків-довгожителів і діти довгожителі. Крім того, дуже важливо жити в екологічно чистому середовищі. Не випадково серед гірських народів найбільше людей, вік яких перевищив 100 років. Не менш важливо вести здоровий спосіб життя: не курити, не вживати наркотики, не зловживати спиртним, не переїдати, їсти прості й здорові страви, пити чисту воду. Важливою складовою довголіття є життєва активність. Давно помічено, що всі довгожителі до останніх днів життя займалися фізичною чи інтелектуальною працею.

Важливою характеристикою постембріонального розвитку є ступінь його тривалості у часі, яку називають періодом життя. Різні види організмів мають неоднакову тривалість життя. Звичайно вона вища у великих за розмірами організмів, яким також притаманні низькі темпи росту і дозрівання. У вищих тварин довгожителями є види з добре розвиненим головним мозком. До довгожителів відносять і людину.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити