Том 1 (Р. Эккерт - Физиология животных - механизмы и адаптации в 2-х томах), страница 4

В конечном счете задача этой наукисводится к тому, чтобы установить физические и химические основы техмеханизмов, которые действуют в живых системах на всех уровнях-отсубклеточного до уровня целого организма. Такая постановка задачи,разумеется, более чем смела, поскольку каждое живое существо-дажеодноклеточное - организовано чрезвычайно сложно. В связи с этим оказалосьудобно подразделить физиологию на несколько разделов. К ним относятсяобщая и клеточная физиология, физиология отдельных органов, целостногоорганизма и его взаимоотношений с окружающей средой, физиология дыхания,кровообращения, пищеварения, эндокринной системы, физиология развития,нейрофизиология и физиология поведения, сенсорная физиология и физиологиярепродуктивной системы.

Несмотря на такое несколько искусственноеподразделение, у всех этих дисциплин есть множество точек соприкосновения иобщих принципов, поэтому все они являются как бы звеньями одной цепи.Теперь уже совершенно очевидно, что эти универсальные принципы вытекаютиз общих свойств вещества и энергии.В вводном курсе для лучшего усвоения материала имеет смысл разделитьпредмет на отдельные дисциплины и посвятить каждой из них самостоятельнуюглаву. Конечно, такое разделение несколько искусственно и необходимопомнить, что для осуществления различных функций организм долженкоординировать деятельность многих органов и тканей.

Мозг не сможетработать, если он не будет постоянно снабжаться кровью, содержащей кислороди глюкозу, а кровоснабжение в свою очередь должно обеспечиваться насоснойфункцией сердца.Сердце же сможет работать не более нескольких минут, если поступающаяк нему кровь не будет насыщена кислородом в легких, а легкие могутфункционировать лишь в том случае, если к дыхательным мышцам от мозгапередаются соответствующие команды. Множество подобных примеров можнонайти и на субклеточном уровне. Так, для многих химических реакций,протекающих в клетках, необходима целостность и нормальная метаболическаяактивность биологических мембран, а состояние этих мембран в свою очередьзависит от реакций, в которых образуются молекулы-поставщики энергии.1.1. Для чего нужна физиологияживотныхС биологической точки зрения человек является одним из представителейцарства животных. У него такая же, как и у других видов, эволюционнаяистория, он обитает с ними на одной планете, его организм подчиняется тем жефизическим и химическим закономерностям.

Законы Менделя и молекулярнойгенетики, определяющие нашу наследственность, справедливы для всех живыхсуществ. Наконец, основные биологические процессы, называемые всовокупности словом "жизнь", являются общими для всех видов животных. Так,механизмы генерации сердечного ритма у человека принципиально неотличаются от соответствующих механизмов у рыб, лягушек, змей, птиц илиобезьян. Одинаковы и молекулярные, и электрические процессы, лежащие воснове возникновения нервного импульса в мозге человека, с одной стороны, и внервных волокнах кальмаров, крабов или крыс - с другой.

Многое из того, чтомы знаем сегодня о9функционировании клеток, тканей и органов человека, было первоначальнообнаружено в ходе исследований на различных позвоночных и беспозвоночныхживотных.Первый этап любого физиологического исследования заключается впостановке задачи, например: "Какой ион отвечает за ток, обеспечивающийокончание нервного импульса?" Затем необходимо решить, на какой тканилучше проводить исследование. Так, при изучении нервных клеток для решенияопределенных методических проблем чрезвычайно важно выбирать крупныеструктуры. Именно поэтому основные открытия в области физиологии нейронабыли сделаны на гигантских аксонах каракатиц и кальмаров.

Последующиеопыты, в которых использовались более современные методики ифундаментальные достижения, полученные в работах на кальмарах,подтвердили, что основные принципы функционирования нервных клеток учеловека и всех животных одинаковы. В нашей книге мы постараемся выделитьте главные закономерности, которые являются общими для всех животных, ипоказать, как эти закономерности были открыты. Кроме того, мы уделимвнимание особым механизмам адаптации, сформировавшимся в процессеэволюции, и это послужит примером того, как для приспособления к различнымособенностям окружающей среды у животных выработались специальныефизиологические механизмы.109 :: 10 :: Содержание10 :: Содержание1.2. Физиология и медицинаПочему нам так важно знать, как работает наш организм? Тому естьнесколько причин.

Первая и наиболее очевидная из них заключается в том, чтофизиология, и особенно учение о функционировании организма человека,служит основой научного подхода к медицине. На всех прежних этапахразвития человечества (а в наши дни-в некоторых малоцивилизованныхсоциальных группах) подход к лечению болезней и нарушений деятельностиорганизма был почти целиком эмпирический, т. е.

сводился к методу проб иошибок. А поскольку этот подход очень древний, постепенно было подмечено,что.при тех или иных болезнях помогают определенные средства-будь то травы,горячие ванны, акупунктура или даже методы психологического воздействия,широко используемые знахарями. Так, лечебный эффект многих современныхпрепаратов (например, аспирина) сначала был обнаружен чисто эмпирически, аглавные механизмы действия целого ряда из них так и остаются неизвестными.Однако по мере того как росло наше понимание механизмов деятельности ипатологических состояний органов и тканей, появилась возможностьразрабатывать эффективные и научно обоснованные способы лечениязаболеваний человека. Врач, знающий принципы функционирования организма,сможет поставить более точный диагноз и назначить правильное лечение и сменьшей вероятностью нарушит своим вмешательством физиологическоеравновесие организма.

Врач же, незнакомый с этими закономерностями,фактически является лишь своего рода современным знахарем, и мышление егопри назначении лекарств ограничивается рамками тех проспектов, которыевыпускают фармацевтические фирмы.1010 :: Содержание10 :: 11 :: Содержание1.3. Физиология и познаниеИзучение физиологии не только удовлетворяет наше естественноелюбопытство, касающееся того, как мы дышим, двигаемся, перевариваем пищу исоздаем себе подобных-т.е. основных проявлений жизни. Познаниефизиологических закономерностей представляет и большой философскийинтерес, поскольку оно помогает нам понять работу нервной и сенсорнойсистем, т.е. биологического субстрата духовной жизни человека, отвечающего вконечном счете за все проявления нашего "Я": сознание, самосознание,мышление, память, научение, речь, чувства и интеллект.

Все эти качества внаибольшей степени присущи человеку.Все животные, включая и человека, всецело зависят от той информации обокружающей среде и о состоянии их собственного организма, которая поступаетот органов чувств и перерабатывается нервной системой. Органы чувств вместес генетически детерминированными организацией и свойствами нервнойсистемы отвечают за все виды "знаний" и определяют поведение любогоживотного. (Следует отметить, что высказывались мнения о существованиисенсорных входов, не связанных с "физиологическими" органами чувств, однакоданные в пользу такого экстрасенсорного восприятия противоречивы исовершенно неубедительны для большинства ученых.) То, насколько само нашесуществование зависит от наших органов чувств и насколько "личный" характерносит сенсорное восприятие, становится совершенно очевидным, когда мырассматриваем проблему передачи субъективного опыта.

Как, например, вымогли бы рассказать слепому от рождения человеку о тех зрительныхощущениях, которые мы называем "красное" или "зеленое" или хотя бы"светлое" и "темное"?Пока трудно сказать, в какой степени физиология и биохимия смогутобъяснить высшие проявления психической деятельности и ответить на такие,например, вопррсы: "Каким образом мозг сохраняет прошлый опыт?" или"Каким образом на основании сигналов, поступающих (или поступивших когдато) к нашим органам зрения, создаются "внутренние картины" того или иногопредмета?" Сможем ли мы когда-либо найти полный ответ на10подобные вопросы, касающиеся основ субъективного опыта, неизвестно, однакоэти вопросы настолько важны для самосознания человека, что поиск ответов наних с философской точки зрения наверняка будет столь же или еще болееважным, чем другие направления человеческого познания.

Последние тридесятилетияознаменовалисьтакимикрупнейшиминаучнымиитехнологическими достижениями, как установление молекулярных основнаследственности и полет на Луну. Основные же научные прорывы в течениегрядущих десятилетии будут, несомненно, связаны с выяснением механизмов,обусловливающих поведение и высшую нервную деятельность человека.1110 :: 11 :: Содержание11 :: Содержание1.4. Основные концепции физиологииВ основе учения о функциях живых организмов, как и многих другихдисциплин, лежат некие единые принципы. Здесь мы рассмотрим некоторые изних; о других фундаментальных закономерностях речь пойдет в последующихглавах.1.4.1.

В основе любой функции лежит структураХарактер движения животного зависит от строения его мышц и опорногоаппарата (например, костей скелета). При этом характер движения,совершающегося при сокращении той или иной мышцы, зависит от того, как онасоединена с опорными элементами и как они сами сочленяются между собой.На таком привычном для нас примере зависимость между структурой ифункцией совершенно очевидна.

На более низких уровнях организации тканевом, клеточном, субклеточном и т.д. (рис. 1-1)-эта зависимость становитсяменее явной, но не менее реальной. Одним из наиболее хорошо изученныхпримеров зависимости функции от структуры служит механика сокращенийскелетных мышц. Наши представления о механизмах этого сокращения взначительнойстепениполученыприизученииультраструктурысократительного аппарата мышц и его химических свойств.Принцип, согласно которому в основе любой функции лежит структура,относится и к биохимическим процессам.

Так, взаимодействие междуферментом и субстратом зависит от конфигурации этих молекул. Если изменитьконфигурацию молекулы фермента (денатурировать его) путем нагреваниявыше 40 °С, то этого, как правило, бывает достаточно, чтобы он утратил своюбиологическую активность.Рис. 1.1 Иерархические уровни структурной организации многоклеточного животного. Упростейших клетка на самом деле представляет собой целый организм. К "основным биоструктурам"относятся мембрана, микротрубочки и филаменты.

Выполняемые на каждом уровне функции зависят отструктурной организации этого и более низких уровней.1111 :: Содержание11 :: 12 :: Содержание1.4.2. Генетика и физиологияСогласно общепринятому мнению, информация, содержащаяся в молекуледезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), накопилась в ходе естественногоотбора, действующего на многие поколения. Те спонтанные изменения(мутации) в нуклеотидной последовательности ДНК, при которых шансыорганизма на выживание увеличиваются, в среднем закрепляются и частота ихвстречаемости в данной популяции возрастает.

Напротив, мутации,уменьшающие адаптацию данного вида к окружающей среде и снижающиевероятность его выживания и воспроизведения, устраняются (элиминируются).Широко известно, что в процессе дарвиновской эволюции сформировалисьосновные морфологические11Рис. 1.2. Представление онепрерывности наследственности ("зародышевого пути"). Субстрат наследственности сохраняетсяблагодаря физиологической деятельности представителей каждого очередного поколения. Естественныйотбор благоприятствует тем физиологическим процессам, которые увеличивают вероятностьвоспроизведения и, следовательно, передачи ДНК очередному поколению.характеристики всех ныне живущих видов.