Саморазвитие природы

Предположения о причинах роста до опреде­ленного размера и старения растений и живых организмов

Обратим сначала внимание на особенности роста деревьев и уве­личения толщины их ствола. Известно, что древесина на стволе нарас­тает утолщенными слоями в местах напряжений (Наука и жизнь. - 1988. - № 12). При постоянно дующих ветрах дерево может наклонять­ся, в результате чего центр его тяжести смещается. И тогда у основания дерева в зоне его так называемой корневой лапы в местах напряжений Начинается интенсивное нарастание биомассы древесины. Это усилива­ет прочность дерева в положении крена. Дерево, растущее на свобод­ном пространстве, меньше по высоте его однолетки в лесу. Ствол в се­чении имеет здесь овальную форму и переходит в мощные поверхност­ные корни. По величине этих овалов можно безошибочно определить, с какой стороны дует преобладающий ветер.

Известно также, что в нижней части ветвей любого дерева, где на­ходится зона его сжатия, древесина нарастает заметно быстрее, чем в верхней части, что выражается в большем утолщении годовых колец.

Интересна способность дерева (и вообще любого растения) "чув­ствовать" центр тяжести нашей планеты. На любой наклонной поверх­ности дерево, особенно хвойное, всегда занимает строго вертикальное положение. Причем отклонение от него обычно не превышает несколь­ких угловых минут. Если дерево по каким-либо причинам, например, из-за оползня, наклонено, то его верхушка все равно стремится расти вертикально вверх. При этом и корневая система укрепляется таким образом, чтобы противостоять наклону дерева.

Биологи признают, что причина того, как дерево определяет вели­чину напряжений и их места и соответствующим образом реагирует на это своим ростом, не выяснена. Предполагается, что сигнализатором в таких случаях служит изменение биоэлектрического потенциала клеток в местах напряжений, что способствует их разрастанию.

Я предлагаю иное объяснение этой причины, основываясь на зако­номерностях изменения горных пород в земной коре. Как показано вы­ше, инициатором, по существу, всех преобразований горных пород (ме­тасоматоза, рудо - и магмообразования, пластических деформаций, а также в определенной степени регионального и контактового метамор­физма) являются тектонические движения в земной коре. Они создают различие в величине пористости и проницаемости горных пород, что активизирует деятельность МДК-эффекта и механизма диффузионного флюидозамещения, под влиянием которых осуществляются метасома­тоз, перекристаллизация и пластические деформации пород.

По сути, подобное, но в несколько иной форме, наблюдается в процессе роста деревьев. Участки наиболее существенных напряжений в виде сжатия ствола вдоль волокон испытывают интенсивный рост и утолщение. Следует обратить внимание на то, что при сжатии происхо­дит некоторое разуплотнение древесины, как бы расщепление ее воло­кон, поэтому между волокнами появляется дополнительная пористость, которая, наиболее вероятно, и способствует большему нарастанию биомассы. В участках, где осуществляется растяжение древесины, та­кой пористости не возникает, поэтому здесь утолщения ствола не про­исходит. Опытным путем установлено, что древесина обладает гораздо меньшей прочностью на сжатие, чем на растяжение, поэтому при пере­гибе ствола под действием ветра участки его сжатия с подветренной стороны могут подвергаться микросмещениям и микроразрывам, кото­рые дополнительно увеличивают микропористость, способствуя уси­ленному росту биомассы дерева. Если эти участки будут постоянно подвергаться таким деформациям под влиянием или наклона дерева, или постоянно дующих ветров, то утолщение укрепит их, и тогда вер­хушка дерева будет расти с отклонением в противоположную сторону, стремясь приблизить центр его тяжести к вертикали. Таким образом, дерево стремится приобрести строго вертикальное положение.

Ускорение роста древесины в местах сжатия обусловлено улучше­нием питания клеток вследствие повышения пористости и ускорения благодаря этому циркуляции здесь питательных растворов. Клетки по­лучают более комфортные условия для роста и размножения.

Однако дерево растет, с каждым годом становится выше и, соот­ветственно, нагрузка его веса на ствол становится все больше и больше, особенно в участках сжатия. Поэтому комфортные условия для роста клеток в нем могут длиться бесконечно. В конце концов, механические нагрузки на древесину будут настолько большими из-за большой вели­чины ствола и большого веса биомассы ветвей, что деформации будут все чаще сопровождаться микроразрывами волокон древесины; количе­ство их будет настолько велико, что дерево уже неспособно будет их залечить путем роста новых клеток. Когда дерево было молодое и не­большой высоты, эти микроразрывы не мешали его росту и, возможно, даже помогали ему, так как быстро залечивались и зарастали новыми клетками. Но при достижении большой высоты деформации уже не способствовали росту; наоборот, начинается уменьшение снабжения клеток питательными веществами, поэтому их способность к делению уменьшается и дерево начинает стареть и отмирать.

Таким образом, на примере деревьев можно высказать гипотезу, что причиной и регулятором роста до определенного размера и после­дующего старения растений являются деформации их стволов в поле силы тяжести Земли под влиянием ветров или других периодических физических нагрузок. Каждый тип древесины (или стебля растения) имеет определенную прочность в зависимости от состава и способа со­единения клеток в тканях. Этот параметр заложен в генетический код ДНК клетки и постоянен для каждого вида растения. Однако, практиче­ская реализация этой прочности в природных условиях предоставлена влиянию внешних механических факторов. Конструктивно, например, древесина дуба, прочнее стебля крапивы, поэтому первый имеет вид большого дерева, а вторая - только невысокого растения. Но каждый этот представитель растительного мира в пределах роста, от первого ростка до предельной величины, проходит все стадии молодости - ин­тенсивного роста и старости - отмирания. Отмирание происходит по­тому, что высота ствола (или стебля) превысила величину предельных физических нагрузок для каждого из них, когда в клетках начинается ухудшение обмена веществ из-за увеличения количества микросмеще­ний в тканях, подвергающихся нагрузкам.

Можно сказать по-иному: межклеточные соединения в тканях имеют определенную прочность, индивидуальную для каждого вида растения и зависящую не только от прочности склеивания самих кле­ток, но также и от конфигурации клеток, величины их склеивающей поверхности, способности межклеточных контактов выдерживать де­формации, от особенностей конструкции и толщины ствола или стебля растения, от прочности самих клеток. От способности растительных волокон сопротивляться деформациям без изменения скорости обмена питательных веществ зависит и высота дерева или растения; чем боль­ше эта способность, тем больше может быть возраст его молодости и более длительный процесс жизни в целом.

Можно предположить, что подобный механизм роста и старения действует и в живых организмах, включая млекопитающих, в том числе человека. Хорошо известно, что при интенсивных и регулярных физи­ческих упражнениях, особенно в молодом организме, увеличиваются объем и сила тех мышц, на которые приходятся максимальные нагрузки (подобно тому как при росте деревьев увеличивается объем биомассы в местах постоянных напряжений). Следовательно, в тканях живых орга­низмов существует такой же механизм, регулирующий их рост. При физических движениях в области межклеточных соединений появляют­ся дополнительные (возможно, кратковременно) микропоры и микро­щели, заполняющиеся питательным веществом. Через них улучшается обмен веществ клеток с внешней средой, что при определенной регу­лярности и интенсивности нагрузок может привести к усилению деле­ния и размножения клеток и роста дополнительных мышечных воло­кон. Но этот процесс свойственен только молодому растущему орга­низму, который не достиг еще предела своего размера и роста. Однако когда человек (или вообще любое живое существо) достигает опреде­ленного размера, физическая нагрузка на каждую мышцу возрастает с каждым сантиметром роста. Она может достичь предельного значения, когда связанная с ней деформация межклеточных соединений приводит не только к некоторому разуплотнению межклеточных контактов, но и к микроразрывам в них. Причем это может происходить не только во время непосредственных явно выраженных физических движений - беге, ходьбе, поднятии тяжестей, но также и при малейших движениях тела при сидении, лежании и даже во сне, так как определенная величи­на тела предполагает и определенные физические нагрузки на состав­ляющие его мышцы и кости скелета. Каждое такое движение взрослого живого организма, достигшего предела своей величины роста, сопро­вождается незначительными микроразрывами или, более вероятно, без­болезненными микросмещениями межклеточных контактов, которые способствуют ухудшению обмена веществ в клетках. Когда количество микросмещений достигает определенной критической величины, обмен веществ в клетках в целом ухудшается и это приводит к прекращению роста организма и началу его старения.

Можно полагать, что непосредственно форма тела живого орга­низма, т. е. его вид и наследование признаков родителей, определяется генетическим кодом молекулы ДНК, а общие размеры тела и время его роста и старения определяются способностью биологических клеток тканей реагировать на внешние физические нагрузки тела, связанные в первую очередь с силой тяжести Земли.