Видео

Транскрипт

Вход и выход, вход и выход.

Чтобы оставаться в живых, нужно что-то делать. В эту самую секунду ваши клетки сжигают молекулы глюкозы с кислородом,

чтобы сделать доступной энергию, которая поддерживает вас в еще один драгоценный момент.

Чтобы получить кислород в клетки, вы дышите.

Дыхание - это ответ на очень сложную проблему: как получить ресурсы, необходимые вашим клеткам для выживания,

извне внутрь клеток? Каждому живому существу приходится решать эту проблему,

и решение удивительно различается в зависимости от одного из важнейших регуляторов жизни:

размера.

Как мы обсуждали в других видеороликах: в

разных масштабах физические законы Вселенной имеют разные последствия для ее обитателей.

Простые вещи, такие как температура, микрогравитация или поверхностное натяжение, могут не иметь для вас значения или представлять смертельную опасность

• в зависимости от вашего роста.

Живым существам нужно много разных материалов, чтобы они могли жить.

И их как-то нужно транспортировать извне внутрь.

Это было огромной проблемой для первых вещей, которые были на грани жизни, потому что для чего-либо в нашей Вселенной требуется энергия.

И первые живые существа на Земле не обладали таким обилием инструментов и техник,

которые есть у жизни сегодня после миллиардов лет эволюции.

Итак, в самом начале жизни нужно было найти способ получить хорошее внутри

и плохое вне себя без использования энергии.

К счастью, самые первые формы жизни были очень и очень малы.

А поскольку они были такими маленькими, они могли использовать свободный вид транспорта

, основанный на физическом законе, называемом диффузией.

Диффузия - это правило Вселенной, согласно которому молекулы, особенно в жидкостях или газах,

постоянно перемещаются во всех направлениях.

И поскольку они перемещаются и натыкаются друг на друга и другие молекулы, они имеют тенденцию распространяться.

Например, если вы уроните кубик сахара в воду, значит, в одном месте много сахара,

а в другом его нет.

Когда молекулы сахара растворяются в воде, они начнут беспорядочно сталкиваться с молекулами воды

и другими молекулами сахара.

Постепенно все молекулы сахара распространятся и образуют несколько фаз разной концентрации.

Эти случайные движения продолжаются бесконечно, пока в какой-то момент сахар не будет

равномерно распределен в воде.

Самое замечательное в диффузии то, что жизнь может использовать ее бесплатно, она не требует энергии.

А жизнь любит бесплатное. Итак, вся жизнь на Земле основана на диффузии.

Давайте посмотрим на самое маленькое живое существо на земле, бактерию. В частности, его поверхности.

Клеточные мембраны обеспечивают диффузию определенных молекул.

Эта конкретная бактерия потребляет кислород, чтобы жить, в то время как углекислый газ вырабатывается внутри

как продукт жизнедеятельности.

Итак, внутри бактерии мало кислорода, но много углекислого газа.

Из-за диффузии эти молекулы в конечном итоге распространятся равномерно, поэтому углекислый газ диффундирует,

а кислород постоянно пополняется извне.

Но такое «дыхание» работает только для очень маленького мира.

Для бактерий, амеб или ваших клеток и нескольких очень мелких животных.

У насекомых, например, есть тонкая сеть трахей, туннелей с градиентом давления,

где воздух очень медленно может диффундировать и обмениваться газами с клетками насекомых.

Но даже насекомые, похоже, способны сокращать трахею,

а у некоторых даже есть специализированные органы дыхания, такие как дыхальца и воздушные мешки.

В определенных масштабах диффузия идет слишком медленно, чтобы клетки оставались живыми.

Основная проблема заключается в том, что обмен с окружающей средой может происходить только на поверхности,

а диффузия материалов может поддерживать только определенное количество внутри.

Крошечные живые существа имеют лишь немного внутренней части или объема и много внешней

или площади поверхности.

Но что, если бы мы хотели создать бактерию размером с синего кита

и имели очень удобный аппарат для увеличения?

К сожалению, закон квадратного куба нас запутает.

Вкратце это означает, что если вы сделаете что-то в десять раз больше,

его внешняя или внешняя поверхность вырастет в 100 раз, а внутреннее или объем - в 1000 раз.

Если мы сравним бактерию Pseudomonas aeruginosa с синим китом,

то увидим, что поверхность бактерии в 10 000 000 раз больше по сравнению с ее объемом, чем у кита.

У бактерии много внешней стороны, а у кита много внутренней части.

Если мы сделаем бактерию размером с кита - наши гигантские бактерии теперь имеют слишком много внутренностей,

и большая часть их внутренней части теперь очень далеко от ее поверхности.

Кислород, в котором нуждаются наши бактерии, никогда не попадет внутрь, пока у них не закончится кислород.

Наша гигантская бактерия просто умрет. Тем не менее, у большего размера есть много плюсов.

От того, что вас труднее есть, к тому, что их легче есть другим.

Но размер клеток ограничен расстоянием, на котором кислород и питательные вещества могут эффективно диффундировать,

чтобы обеспечить внутреннюю часть организма достаточными ресурсами.

Таким образом, жизнь избежала этой проблемы, сформировав многоклеточные структуры -

Существа, состоящие из множества клеток вместо одной.

Потому что диффузия работает лучше, если у вас много маленьких единиц вместо одной гораздо большей.

Со временем сотовые друзья начали делиться работой и специализироваться.

Некоторые клетки сосредоточены на ощущении окружающей среды, другие - на пищеварении, третьи - на движении.

Но этого все еще было недостаточно.

Проблема диффузии и производства поверхности и энергии осталась,

ограничивая размер, которого могли достичь эти первые многоклеточные формы жизни.

Итак, чтобы стать еще больше -

жизнь решила проблему диффузии, создав отверстия, пещеры и туннели, и свернувшись сама по себе,

так что диффузия могла легко происходить в каждой из ячеек.

Возьмите себя: то, что вы считаете своим внешним видом, своей кожей, имеет площадь около 2 квадратных метров.

Но ваши легкие имеют площадь около 70 квадратных метров.

Они не похожи на воздушные шары, они больше похожи на губки, наполненные множеством плотно упакованных крошечных шариков,

окруженных кровеносными сосудами.

Когда вы вдыхаете, все эти крошечные воздушные шары наполняются свежим воздухом.

Кровь, наполненная CO2, накачивается вокруг воздушных шаров.

И тогда происходит волшебство распространения.

Кислород проникает в кровь, где он улавливается эритроцитами.

И CO2 диффундирует из крови в ваши легкие, где его снова можно выдохнуть.

Затем ваша кровь переносит богатую кислородом кровь в самые дальние уголки вашего тела

и собирает отходы CO2.

Распространение в организме эффективно на расстоянии около одного миллиметра,

поэтому каждая клетка вашего тела находится на расстоянии не более одного миллиметра от кровеносного сосуда.

Таким животным среднего размера, как вы, нужно много кровеносных сосудов, чтобы добраться до каждой клетки тела.

В вашем теле около 100000 километров одних только капилляров,

мельчайших из ваших кровеносных сосудов, с площадью поверхности около 1000 квадратных метров.

Это верно для всех ваших частей, которые хотят что-то обменять с внешним миром.

Вашему телу нужны поверхности, чтобы принимать питательные вещества из пищи,

поэтому поверхность вашего кишечника равна половине площадки для бадминтона, примерно 40 квадратных метров.

Чем вы больше, тем больше вам потребуется скрытых поверхностей.

Возьми дерево. Его способ остаться в живых - создавать сахар из воздуха и солнечного света.

Так что для этого нужна как можно большая площадь поверхности.

Апельсиновое дерево с двумя тысячами листьев имеет площадь поверхности 200 квадратных метров.

Но поверхность внутри листьев, где действительно происходит диффузия, составляет 6000 квадратных метров.

То же самое и с корнями, где вода диффундирует из почвы в бесчисленные крошечные волоски, которые

увеличивают площадь поверхности.

Корни одного квадратного метра травы составляют около 350 квадратных метров поверхности!

Если мы посмотрим на захватывающее дух разнообразие жизни на этой планете, кажется, что все совсем иначе.

И это.

Но некоторые базовые принципы одинаковы для всех и не претерпевают значительных изменений за миллиарды лет,

если мы посмотрим на очень-очень маленькие или очень-очень большие:

отходы уходят, а поступает свежее топливо. Большим животным просто нужно много сложных сантехника, чтобы это стало возможным.

Свежее топливо - это то, что мы все можем время от времени использовать, особенно для нашего творчества.

Все, что действительно нужно, - это попробовать что-то новое, и у нас есть прекрасная возможность для начала:

мы стали партнерами Skillshare, онлайн-сообщества обучения, которое предлагает курсы практически по любым творческим навыкам,

таким как дизайн, иллюстрация, анимация, фотография и кулинария.

У них есть тысячи курсов, начинающихся с каждого уровня,

так что где бы вы ни находились прямо сейчас, вам будет что-то интересное.

Может быть, вы хотите заглянуть за кулисы наших анимаций, например:

мы сделали пару классов Skillshare, которые научат вас, как мы анимировали сцены из наших видео,

с помощью классов видеоуроков и практических проектов.

Или, если вы предпочитаете сначала изучить иллюстрацию, мы рекомендуем

Adobe Illustrator: Level Up Your Colours от Hayden Aube.

Но то, что вы выберете первым, на самом деле не имеет большого значения - важная часть - это начать,

повеселиться и получить новое вдохновение.

Неограниченный доступ ко всем классам стоит всего десять долларов в месяц с годовым премиальным членством.

И первые 1000 зрителей kurzgesagt, которые перейдут по ссылке в описании, получат особое удовольствие:

вы получите бесплатную пробную версию Skillshare Premium.

Если вы хотите вырваться из рутины, изучив новый навык и поддержав kurzgesagt, попробуйте.

И у нас есть кое-что еще, чтобы сделать ваше обучение по-настоящему идеальным:

наш новый блокнот Ocean Explorer!

Он украшен красивыми блестящими буквами из фольги и 4 иллюстрированными инфографическими страницами внутри, которые

отправят вас в путешествие под водой.

Идеальный компаньон для всех ваших заметок,

созданный и изготовленный с любовью в магазине kurzgesagt merch birbs.

Спасибо за просмотр!