(хромосомы в ядре) лежит в неоднородной, анизотропной среде, насыщенной

биологически активными регуляторами. Уже в яйце мы имеем сочетание

факторов развития. После оплодотворения зигота многократно делится, и

дочерние ядра попадают в различно детерминированные участки цитоплазмы,

содержащие разные регуляторы (рис. 17б). Эти регуляторы и становятся первыми

внутренними индукторами дифференцировки эмбриональных клеток.

Рис. 17а,б

2. Эмбриональная индукция - влияние одних зачатков на другие с

помощью выделяемых клетками веществ-регуляторов. Этот механизм включается в

ранних зародышах и представляет по сути эмбриональную гуморальную регуляцию;

внешние регуляторы - индукторы выступают в роли первых гормонов. Так, например

на стадии гаструлы (двухслойный зародыш) под действием выделений внутреннего

слоя клеток впячиваются и дифференцируются клетки будущей нервной системы (рис.

17 в).

Рис. 17в

3. Нейрогормональная регуляция дефинитивного (окончательного)

системой (рис. 17 г). Заметим, что гормоны вырабатываются железами

под контролем нервной деятельности, а нервная система в свою очередь находится

под воздействием внешней среды.

Рис. 17г

Таким образом, окружающая среда генотипа сформированного организма,

например, человека, включает цепь управляющих факторов: факторы

собственно внешней среды (свет, тепло, другие природные явления, социальное

окружение, трудовая деятельность, образование, воспитательные меры и т. п.),

общий ритм и режим жизни, качество питания, активность нервной системы,

гормональные регуляторы клеток, внутриклеточные мессенджеры и модуляторы

активности генов. В этом же ряду стоят все окружающие нас живые организмы, в

том числе паразиты, микробы, вирусы. В результате клетки и сами организмы

могут иметь разную скорость размножения и роста, разную продолжительность

жизни, разную интенсивность синтеза белков и, следовательно, разное проявление

всех жизненных функций. Например, даже у однояйцовых близнецов, с абсолютно

одинаковым генотипом, со временем выявляются фенотипические различия (рост,

мышечная сила, структура кожи, трудовые навыки и др.), если они выросли в

разных условиях, допустим - в городе и деревне. Вся совокупность внешних

активность, стимулируя одни гены и подавляя другие.

Из сказанного следуют важные определения:

фенотип - это совокупность всех признаков и свойств организма, формирующихся

в конкретных условиях развивается конкретный фенотип.

Таким образом, в развитии фенотипа, то есть конкретного организма со всеми

жизни - молекулярно-генетическом, клеточном, организменном.

На вопрос: что первично, курица или яйцо? - должен последовать ответ:

первично и конечно единство яйца (генотипа, программы) и курицы (фенотипа,

сомы). Результатом этого единства является развивающийся организм.

Думается, что каждый сумеет сделать и некоторые практические выводы

в отношении своего собственного организма и развития (это никогда не поздно), но

в особенности в отношении развития своих будущих детей, которое начинается

задолго до их появления на свет и даже до их зачатия. В первую очередь это

касается будущих матерей, так как внешнее управление развитием закладывается

уже в цитоплазме яйцеклетки, еще даже не оплодотворенной. Нарушения этой

закладки в результате болезней, неправильного питания, употребления алкоголя,

токсических веществ, лекарств и т. п. чревато развитием у зародыша уродств,

врожденных заболеваний, а то и полным бесплодием. Не исключение и представители

сильного пола. Названные внешние факторы приводят к потере подвижности

сперматозоидов (одна из наиболее распространенных причин мужского бесплодия),

нарушению их производства или повреждениям ДНК (мутациям), которые неминуемо

передадутся клеткам ребенка. Важное полезное заключение для будущих родителей

касается также роли воспитания и обучения в развитии личности. Врожденные

(генотипические) интеллектуальные, художественные наклонности и даже физические

задатки не проявятся в полной мере, если соответствующие гены не будут

востребованы. А востребованы они будут при постоянной нагрузке, которая и

создается в процессе воспитания, обучения, трудовой деятельности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 3

Самовоспроизведение и индивидуальное развитие - неотъемлемое свойство и

способ существования организмов. Это свойство составляет основную суть

онтогенетического уровня организации живой материи.

Возвращаясь к истории вопроса о движущих силах развития (см. сегмент 21), можно

видеть, что противоборствовавшие сторонники преформизма и эпигенеза отражали

«две стороны одной медали». Индивидуальное развитие организма детерминировано

(«преформировано») на уровне генетической информации, в молекулах ДНК, в генах.

Но развитие находится под многосторонним эпигенетическим контролем и

управлением. Единство генетических и эпигенетических факторов развития

можно трактовать как единство преформизма и эпигенеза. Философ сказал бы и

был бы прав, что развитием движет единство и борьба противоположностей

. Другой добавил бы, что развитие есть переход количества в качество

, имея в виду увеличение числа клеток, их дифференциацию и последующую

интеграцию в единый организм с помощью нейрогуморальной системы. Третий заметил

бы, что онтогенез совершается циклично, а точнее - по спирали,

так как в каждом новом витке индивидуального развития есть нечто новое по

сравнению с предыдущим витком родителей. Это и комбинативные генетические

изменения, связанные с половым процессом, и возможные новые мутации, полученные

в прежней жизни. Об этих свойствах процесса индивидуального развития мы

вспомним при рассмотрении механизмов биологической эволюции.

ТЕМА 4. КОНЦЕПЦИЯ САМОРЕГУЛЯЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Сегмент 26. Саморегуляция и гомеостаз.

Сегмент 27. Внутриклеточная саморегуляция

Сегмент 28. Саморегуляция многоклеточного организма

Сегмент 29. Саморегуляция в экосистемах

Заключение по теме 4

СЕГМЕНТ 26. САМОРЕГУЛЯЦИЯ И ГОМЕОСТАЗ

Саморегуляция в системе - это внутреннее регулирование процессов с

подчинением их единому стабильному порядку. При этом даже в меняющихся условиях

среды живая система сохраняет относительное внутреннее постоянство своего

состава и свойств - гомеостаз (от греческих homoios - подобный,

одинаковый и stasis - состояние).

Действительно, окружающая среда очень переменчива. Изменяются температура,

освещенность, влажность. Для животных, да и для растений не регулярна

доступность пищи. Донимают паразиты, хищники и просто конкуренты за среду

обитания. Тем не менее, животные и растения выносят эти колебания среды,

живут, растут, размножаются. Экологические сообщества долгое время сохраняют

некий средний состав.

Человек как высший представитель животного царства также поддерживает свой

внутренний гомеостаз - благодаря работе многочисленных управляющих

механизмов. Так, несмотря на смену дня и ночи, зимы и лета, температура

нашего тела поддерживается на одном и том же уровне - около 37 градусов (под

мышкой 36,6 градуса). Кровяное давление варьирует в ограниченных пределах,

так как регулируется благодаря иннервации стенок сосудов. Солевой состав

крови и межклеточных жидкостей, содержание сахаров и других осмотически

активных веществ (способных вызвать нежелательное перераспределение воды

между структурами организма) также поддерживаются на оптимальных уровнях.

Даже простое и, казалось бы, самопроизвольное стояние на двух ногах требует

ежесекундной согласованной работы вестибулярного аппарата и многих мышц тела.

Основоположник идеи о физиологическом гомеостазе Клод Бернар (вторая половина

XIX века) рассматривал стабильность физико-химических условий во внутренней

среде как основу свободы и независимости живых организмов в непрерывно

меняющейся внешней среде.

Саморегуляция происходит на всех уровнях организации биологических систем - от

молекулярно-генетического до биосферного (об уровнях организации см. тему 1).

Поэтому проблема гомеостаза в биологии носит междисциплинарный характер.

Внутриклеточный гомеостаз изучают цитология и молекулярная биология,

организменный - физиология животных и физиология растений, экосистемный -

экология. Конкретные проявления этих механизмов мы рассмотрим ниже. Здесь же

отметим, что для поддержания гомеостаза во всех системах используются

кибернетические принципы саморегулирующихся систем. Кибернетика - наука об

управлении - объясняет принцип саморегуляции системы на основе прямых и

обратных связей между ее элементами. Вспомним, что система - это совокупность

взаимодействующих элементов. Прямая связь между двумя элементами означает

передачу информации от первого ко второму в одну сторону, обратная связь -

передача ответной информации от второго элемента к первому. Суть в том, что

информационный сигнал - прямой или обратный - изменяет состояние системы,

принимающей сигнал. И тут принципиально важно, какой по знаку будет ответный

сигнал - положительный или отрицательный. Соответственно и обратная связь будет

положительной или отрицательной.

В случае обратной положительной связи первый элемент сигнализирует

второму о некоторых изменениях своего состояния, а в ответ получает команду на

закрепление этого нового состояния и даже его дальнейшее изменение. Цикл за

циклом первый элемент с помощью второго (контрольного) элемента накапливает

одни и те же изменения, его состояние стабильно изменяется в одну сторону (рис.

18 а). Эта ситуация характеризуется как самоорганизация, развитие, эволюция, и

ни о какой стабильности системы говорить не приходится. Это может быть любой

рост (клетки, организма, популяции), изменение видового состава в сообществе

организмов, изменение концентрации мутаций в генофонде популяции, ведущее через

отбор к эволюции видов. Естественно, что обратные положительные связи не только

не поддерживают, но, напротив, разрушают гомеостаз.

Рис. 18

Обратная отрицательная связь стимулирует изменения в регулируемой

системе с противоположным знаком относительно тех первичных изменений, которые

породили прямую связь. Первоначальные сдвиги параметров системы устраняются, и

она приходит в исходное состояние. Цикличное сочетание прямых положительных и

обратных отрицательных связей может быть, теоретически, бесконечно долгим, так

как система колеблется около некоторого равновесного состояния (рис. 18б).

Таким образом, для поддержания гомеостаза системы используется принцип

отрицательной обратной связи. Этот принцип широко применяется в автоматике.

Так регулируется температура в утюге или холодильнике - с помощью термореле,

уровень давления пара в автоклаве - с помощью выпускного клапана, положение

судна, самолета, космического корабля в пространстве - с помощью гироскопов. В

живых системах универсальный принцип обратной отрицательной связи работает во

всех случаях, когда сохраняется гомеостаз.

Далее на конкретных примерах покажем саморегуляцию биологических систем

разного уровня сложности.

СЕГМЕНТ 27. ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ

В клетке для поддержания гомеостаза используются в основном химические

(молекулярные) механизмы регуляции. Наиболее важна регуляция генов

, от которых зависит производство белков, в том числе многочисленных и

разнообразных ферментов.

Самая простая модель для демонстрации генного гомеостаза - регуляция

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23