§ 34. Пристосування організмів до гравітації

Чому всі предмети на Землі, якщо їх штовхнути, падають додолу?
Що з нами станеться, якщо зникне гравітація?

Без гравітації не існувало б життя на нашій планеті. Вона утримує все, що перебуває на поверхні Землі, Місяць — на орбіті навколо Землі, а Землю й інші планети — на орбіті навколо Сонця. Саме завдяки гравітації сформувалася наша Сонячна система. Також вона впливає на життя організмів — зумовлює їхні розміри, будову, швидкість обмінних процесів тощо.
Рослини напрямок до центру Землі визначають дуже точно. Так, коріння насінини, що проростає, спрямовується вглиб ґрунту.

А от до життя у невагомості (коли відсутня вага) рослини не пристосовані. Астронавти дослідним шляхом з’ясували, що рослини в космосі можна вирощувати лише за умов штучно створеної сили тяжіння.

Розгляньте зображення та дізнайтеся, як у космосі вирощують рослини. Ці світлини зроблено на Міжнародній космічній станції (МКС).

Перегляньте цікаве відео від космічного агентства NASA про те, як астронавти й астронавтки збирають урожай перцю чилі на космічній станції. Це важливий експеримент, оскільки овочі можуть доповнити раціон астронавтів поживними речовинами, зокрема вітамінами С і К.

Усі організми «ведуть безперервну боротьбу» з гравітацією. У прадавні часи, коли життя існувало лише у воді, організми не так «страждали» від сили тяжіння. Адже у воді вага організму, що є результатом дії сили тяжіння, рівномірно діє по всій поверхні тіла, а не тільки на кінцівках. Як наслідок — у водних істот формувалися менш міцні силові елементи (скелети), ніж у наземних. Так, кити мають величезні розміри й порівняно невеликий скелет. Тому якщо кит випадково потрапить на сушу і зіткнеться з дією гравітації, він буде абсолютно безпомічним. 

Розгляньте 3D-моделі тіла та скелета найбільшої тварини на Землі — синього кита. Його скелет становить 1/10 частину від загальної маси тіла.

Рослини і тварини в ході еволюції опановували суходіл, а їхні тіла поступово адаптувалися (пристосовувалися) до збільшеного впливу сили тяжіння. Відбувалися зміни будови й форми тіл. Процеси обміну речовин ставали більш інтенсивними, тому організми потребували більше їжі та кисню.
За напрямком сили тяжіння організми можуть визначати своє розташування в просторі. На відміну від рослин, тварини мають спеціальні органи рівноваги (крім найпростіших і губок). У людини і хребетних тварин рівновага забезпечується вестибулярним апаратом.
Вестибулярний апарат людини сприймає зміни положення тіла в просторі, швидкості руху людини, дію на організм сил тяжіння.

Зробіть за допомогою крейди, скотчу, мотузки або інших матеріалів широку та вузьку смуги завдовжки 3−5 метрів.
На проходження якої смуги ви витрачаєте менше часу? Із чим це пов’язано?

Організм людини адаптований до того, що внаслідок дії земного тяжіння всі органи мають вагу. Наші ноги тиснуть на землю, а земля тисне на них. Внутрішні органи тиснуть один на одного, і це для нас звично й природно.
Але якщо людина певний час перебуватиме у стані невагомості, приміром, на борту космічної станції на орбіті Землі, її організм зазнає негативних змін.
В астронавтів, які тривалий час перебувають у невагомості, змінюється відчуття рівноваги. Їхні кістки стають менш щільними, що робить їх крихкими й ламкими, м’язи втрачають міцність. Особливо страждають ноги. Адже в стані невагомості їм не потрібно напружуватись, і вони втрачають силу. Це підвищує ризик переломів. Також виникають проблеми зі сном.
Наслідком перебування в невагомості є також цікавий ефект. Оскільки на хребет в такому стані нічого не тисне, він розпрямляється. І в результаті людина може «вирости» на 2–4 см. Астронавт із Японії Норішіге Канаі, який виконував під час польоту обов’язки лікаря, стверджує, що його зріст збільшився аж на 9 см!

Перегляньте відео про життя астронавтів і астронавток на Міжнародній космічній станції за умов невагомості. (Відео від космічного агентства NASА.) Що вас вразило найбільше?

У командах, які працюють на космічних станціях, завжди є біологи та лікарі, які спостерігають за організмом людини в незвичних для неї умовах невагомості. А ще їхня дослідницька діяльність допомагає звичайним людям на Землі. Навіть з’явилася нова галузь — космічна медицина, яка стрімко розвивається.
У деяких країнах вищі навчальні заклади вже почали навчати студентів за спеціальністю «космічна медицина». Передбачають, що «космічні лікарі» зможуть допомогти людям і на Землі, зокрема хворим на остеопороз. Адже зниження кісткової маси в умовах невагомості дуже схоже на симптоми цієї хвороби. А дослідження стану м’язів за умов невагомості, можливо, допоможуть людям із обмеженою рухливістю.

Гравітація зумовлює розміри й будову тіла живих організмів, швидкість обмінних процесів тощо.
Рослини не мають спеціальних органів рівноваги. У людини і хребетних тварин рівновагу забезпечує вестибулярний апарат. Вестибулярний апарат людини сприймає зміни положення тіла в просторі, швидкість руху людини, дію на організм сили тяжіння.

1. Як рослини розуміють, у який бік їм рости?
2. Як організми пристосовуються до гравітації?
3. Чому людині під час тривалих космічних польотів потрібне додаткове фізичне навантаження?
4. Який орган рівноваги допомагає людині під час стрибків?
5*. Що сталося б з організмом людини, якби вона жила за відсутності гравітації?