Том 1 (Р. Эккерт - Физиология животных - механизмы и адаптации в 2-х томах), страница 5

Однако, как мы с вами убедимся,функции (тесно связанные со структурой; см. выше) также претерпелиэволюцию в процессе естественного отбора. В то же время, поскольку давлениеотбора может приводить к каким-то изменениям лишь в рамках определенныххимических и физических законов, природа и функции живых систем вконечном счете ограничены фундаментальными химическими и физическимисвойствами тех элементов и молекул, из которых они состоят.К концу XIX в. Август Вейсман разработал теорию наследственности, вкоторой он выдвинул концепцию непрерывности зародышевой плазмы.Согласно этой концепции, генетический материал, который многоклеточныеживотные передают своему потомству, содержится в зародышевых клетках.

Уживотных каждого поколения эти клетки образуются непосредственно иззародышевых клеток родителей, и тем самым создается непрерывная линия.Зародышевая плазма генетически независима от соматических клеток, которыеразвиваются из зародышевых клеток и погибают со смертью животногоочередного поколения. ДНК можно считать молекулярным эквивалентомзародышевой плазмы Вейсмана; это своего рода бесконечная прядь извоспроизводящихся нитей, которые передаются от поколения к поколению всемживотным данного вида (рис. 1-2).Весь слепой процесс эволюции направлен на сохранение ДНК"зародышевого пути", поскольку именно в этой молекуле хранится информация,характерная для данного вида.

Если" информация эта теряется, то видмоментально и необратимо исчезает. Любые структурные и функциональныеособенности, являющиеся как бы "внешними" по отношению к постояннойпередаче ДНК "зародышевого пути" от поколения к поколению, направлены вконечном счете на сохранение наследственного материала.Таким образом, между ДНК и всем организмом существуютсимбиотические взаимоотношения. Ни организм, ни ДНК не могут выжить другбез друга. "Сома" обязана своим существованием ДНК, а ДНК неминуемоисчезла бы, если бы во время кратковременного существования организма недействовали соматические функции.

Так замыкается философский круг:структурные и функциональные особенности животных того или иного вида идаже их поведение формировались в процессе естественного отбора лишь содной целью-увеличить вероятность сохранения ДНК данного вида. В связи сэтим все соматические функции организма прямо или косвенно направлены наприобретение и сохранение энергии и вещества из окружающей среды.

Всеостальные проявления можно рассматривать лишь как украшения нагармоничном здании биологических процессов.1211 :: 12 :: Содержание12 :: 13 :: 14 :: Содержание1.4.3. Принцип гомеостазаВпервые на важность гомеостаза1 для жизнедеятельности животных указалКлод Бернар - французский ученый XIX в. и один из основателей современнойфизиологии. В соответствии со взглядами Бер-нара млекопитающие способныподдерживать состояние своей внутренней среды в узких рамках. Это явлениехорошо знакомо каждому хотя бы по результатам обычного анализа крови,который мы регулярно делаем, и по измерениям температуры тела."Постоянство внутренней среды" по Клоду Бернару оказалось универсальнымзаконом для всех живых систем; именно оно позволяет животным и растениямвыживать в постоянно меняющейся, и порой достаточно резко, окружающейсреде (рис.

1-3). Считается, что эволюционное развитие механизмов гомеостазабыло основным фактором,12позволившим животным выйти за пределы относительно благоприятногоокружения и завоевать гораздо более суровые для жизни среды обитания.Удивление и восхищение, которые мы испытываем порой при познаниифизиологических закономерностей, часто вызывает именно способностьживотных в процессе эволюции приспосабливаться к самым разным условиямокружающей среды.Рис. 13.

Благодаря работе физиологических системрегуляции даже при значительных изменениях параметров окружающей среды состояние организмаварьирует лишь в узких пределах.Процессы регуляции внутренней среды обнаруживаются не только усложно организованных позвоночных животных, но и у одноклеточныхорганизмов. У многоклеточных животных состав (а у птиц и млекопитающих еще и температура) межклеточной жидкости постоянно регулируется такимобразом, что параметры ее поддерживаются в узких границах.

Одноклеточныеживотные-простейшие -смогли освоить пресные водоемы и другие среды,способные вызвать нарушение осмотического равновесия, благодаря тому, чтоконцентрация солей, Сахаров, аминокислот и других растворимых веществ в ихцитоплазме регулируется с помощью избирательной проницаемости мембран,активного транспорта и других механизмов, поддерживающих этиконцентрации в пределах, благоприятных для протекания метаболическихпроцессов, но совершенно иных, чем в окружающей среде.

Аналогичныеявления наблюдаются и в отдельных клетках многоклеточных организмов,состав внутриклеточной среды которых также регулируется.В основе многих процессов регуляции лежит принцип обратной связи(дополнение 1-1). Создавая те или иные системы (например, компьютеры илисистемы наведения ракет), конструктор опирается на то, что они будут работатьво вполне определенных условиях, поэтому должны быть сделаны максимальноточно, чтобы в этих условиях и работали вполне определенным образом. Живыеже системы должны быть способны функционировать в тех постоянноменяющихся условиях, которые зависят, например, от капризов природы.Поскольку генетические и метаболические механизмы, не говоря уже осостоянии внешней среды, отнюдь не являются неизменными, для регуляциисоответствующих процессов необходимо постоянно получать информацию ивносить коррекцию.

Предположим, например, что опытный водитель садится вмашину на прямолинейном десятикилометровом участке совершеннопустынной автомагистрали, устанавливает свою машину должным образом, азатем ему завязывают глаза и просят проехать все десять километров, неотклоняясь от трассы.

Даже незначительное изменение, произошедшее внейромоторной и сенсорной системах водителя или в рулевом управлениимашины, а тем более порывы ветра или неровности дороги сделают эту задачуневыполнимой. С другой стороны, если снять с глаз водителя повязку, то он,используя зрительную информацию, будет корректировать свое движение спомощью отрицательной обратной связи и сохранит нужное направление. Когдаводитель увидит, что он постепенно отклоняется от трассы (вследствие внешнихили внутренних причин), он просто откорректирует свой путь, послав черезнервные системы управления движениями команды к мышцам рук, лежащих наруле. Используя научные термины, приведенные в дополнении 1-1, зрительнаясистема водителя в данном случае выступает в роли сенсора, а двигательныенервные системы, осуществляющие корректирующие изменения в сторону,противоположную замеченному отклонению,-в роли инвертирующегоусилителя, исправляющего отклонения от уставки (в нашем случае-осевойлинии на дороге).В качестве еще одного примера регуляции с помощью отрицательнойобратной связи можно привести термостат, поддерживающий в сосуде с водойтемпературу, равную (или близкую) установленной (рис.

1-4). Когдатемпература воды падает ниже заданного уровня, от датчика поступает сигнал овключении нагревателя. По достижении необходимой температуры нагревательотключается, вода перестает нагреваться, и так до тех пор, пока температура еевновь не станет ниже заданной величины. Для "термостата", регулирующеготемпературу тела млекопитающих и расположенного в головном мозге, этавеличина равна примерно 37 °С.

Токсины, вырабатываемые некоторымипатогенными микроорганизмами, смещают ее до более высокого уровня, и тогданаблюдается лихорадка.Физиологические системы с обратной связью встречаются в процессахпромежуточного обмена (гл. 3), нервного управления движениями мышц (гл. 8),регуляции эндокринных функций (гл. 9),13Рис. 1.4. Пример регулируемой системы. При снижении температуры воды в сосуде биметаллическаяспираль, закрепленная в центре, слегка скручивается, что приводит к замыканию электрической цепинагревателя. При нагревании воды спираль раскручивается и контакт размыкается. Необходимаятемпература устанавливается путем соответствующего расположения контакта термостата.кровообращения (гл, 13) и дыхания (гл.

14), а также терморегуляции (гл. 16).141 Следует отметить, что сам термин "гомеостаз" был предложен в 1929 г. американским физиологомУолтером Кенноном.-Прим. перев.12 :: 13 :: 14 :: Содержание14 :: 15 :: 16 :: Содержание1.5. Физиологическая литератураДостижения в такой науке, как физиология, отражены в работах ученых"публикуемых в виде журнальных статей. В этих статьях описываютсяэкспериментальные методики, приводятся и обсуждаются полученныерезультаты. Прежде чем принять рукопись к публикации, редактор журналапосылает ее на рецензию двум или нескольким ученым-специалистам в даннойобласти. Рецензенты высказывают свое мнение по поводу целесообразностипубликации и часто дают советы по ее улучшению.

После опубликования статьиученые других лабораторий могут проверить выводы, к которым пришли авторы,повторив их эксперименты, и либо принять, либо отклонить какие-то из этихвыводов. Здоровый скептицизм и постоянная перепроверка результатов оченьважны в такой экспериментальной дисциплине, как физиология.Наиболее популярные журналы, публикующие оригинальные статьи поширокому кругу вопросов в физиологии,-это респектабельный Journal ofPhysiology, издаваемый в Лондоне, Pflugers Archiv fur gesammte Physiologic,переименованный недавно в European Journal of Physiology, и American Journalof Physiology. В этих журналах публикуются результаты исследований,проводимых на всех уровнях-от клеток до целых органов.

В Journal of GeneralPhysiology выходят в основном статьи, посвященные биофизическимисследованиям на клеточном или субклеточном уровне. В работах,публикуемых в журналах Journal of Comparative Physiology, Journal ofExperimental Biology, Physiological Zoology и Comparative Physiology andBiochemistry, рассматриваются самые разные вопросы, однако упор делается наисследования на низших позвоночных и беспозвоночных. Краткие сообщения онаиболее важных достижениях в физиологии, которые, по мнению редактора,могут привлечь внимание широких научных кругов, публикуют такжееженедельные научные журналы Science и Nature.Профиль журналов, посвященных отдельным вопросам физиологии,отражается в их названии.

Среди них следует указать Journal of Cell Physiology,Journal of Neurophysiology, Journal of Neurobiology, Journal of Membrane Biology,Neuroscience, Brain Research, Journal of Endocrinology, Gastroenterology иNephron.Обзоры по отдельным вопросам физиологии, в которых обобщаются иобсуждаются данные, опубликованные в десятках или сотнях оригинальныхстатей, выходят в специальных периодических изданиях. К ним относятсяPhysiological Reviews, Annual Review of Physiology, Annual Review ofNeuroscience и Federation Proceedings.

Попыткой сделать полное обобщениесостояния дел в физиологии служит энциклопедическое издание Handbook ofPhysiology (American Physiological Society). Вышло уже несколько томов этогоиздания, каждый из которых посвящен какому-либо крупному разделуфизиологии.Упомянутыми периодическими изданиями далеко не исчерпывается списоктех литературных источников, в которых освещаются вопросы, связанные сфизиологией.