Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
Бернар постоянно подчеркивал различие между внешней средой, в которой живут организмы, и внутренней средой, в которой находятся их
отдельные клетки (у млекопитающих это тканевая, или интерстициальная, жидкость), и понимал, как важно, чтобы внутренняя среда оставалась неизменной. Например, млекопитающие поддерживают постоянную температуру тела, несмотря на колебания окружающей температуры. Если становится слишком холодно, то животное может переместиться в более теплое или более защищенное место (поведенческая реакция). Если же это невозможно, то вступают в действие внутренние механизмы саморегуляции, усиливающие выработку тепла и препятствующие теплоотдаче (физиологическая реакция). Все метаболические системы работают наиболее эффективно, если они находятся в узком интервале условий, близких к оптимальным. Следовательно, и организм как целое будет работать наиболее эффективно, если его клетки находятся в оптимальных условиях. Гомеостатиче-ские механизмы препятствуют существенным отклонениям от оптимума, вызываемым изменениями во внешней и внутренней средах.
В 1932 г. американский физиолог Уолтер Кеннон (Walter Cannon) ввел термин гомеостаз (от греч. homoios — одинаковый, stasis — стояние, неподвижность), означающий «постоянство внутренней среды», о котором говорил Бернар. Поддерживая стабильность условий существования клеток, гомеостатические механизмы обеспечивают определенную независимость организма от окружающей среды. Чем эффективнее эти механизмы, тем выраженнее независимость.
БОТАНИКА_
Степень независимости можно использовать как меру «успеха» той или иной формы живого. С этой точки зрения сложно устроенные организмы, например млекопитающие или цветковые растения, являются преуспевающими группами, поскольку они способны сохранять относительно постоянный уровень активности даже при резких колебаниях внешних условий. Такие организмы иногда называют регуляторами, поскольку они способны регулировать различные параметры внутренней среды. Как правило, ареалы их распространения гораздо шире, а занимаемые ими местообитания разнообразнее, чем у нерегуляторов, которые не способны эффективно регулировать свою внутреннюю среду и поэтому вынуждены жить в более стабильных внешних условиях, например в океанах или озерах. К нерегуляторам относятся, в частности, книдарии и водоросли, включая фитопланктон.
Для того чтобы обеспечить более или менее стабильную активность организма, необходима регуляция на всех уровнях — от молекулярного до популяционного. Это требует использования различных биохимических, физиологических и поведенческих механизмов, наиболее соответствующих уровню сложности и образу жизни данного вида. Во всех этих отношениях млекопитающие лучше вооружены, чем более просто организованные животные, например книдарии.
Механизмы регуляции, обнаруженные у живых организмов, во многом сходны с регулирующими устройствами в неживых системах, таких как машины. В обоих случаях стабильность достигается благодаря определенной форме управления. В 1948 г. Н. Винер ввел понятие кибернетика (от греч. kybernetike" — искусство управления). Кибернетика занимается, в частности, общими закономерностями регулирования в живых и неживых системах. За этой наукой также прочно укрепилось название теория управления. Физиологи, изучающие растения и животных, часто используют точные математические модели теории управления для объяснения механизмов действия биологических регуляторных
ММА им. И.М. Сеченова
систем; поэтому прежде чем перейти к изучению способов саморегуляции таких параметров, как, например, температура тела или уровень сахара в крови, следует получить хотя бы общее представление о некоторых положениях теории управления.
19.1. Системы управления в биологии
Приложение теории управления к биологическим процессам позволило глубже понять функциональные взаимодействия между компонентами многих физиологических механизмов. Так, например, живые системы рассматриваются теперь как открытые системы, поскольку они нуждаются в непрерывном обмене веществами с окружающей средой. В самом деле живые системы находятся в динамическом равновесии со средой, и нужен постоянный приток энергии извне, чтобы предотвратить полное уравновешивание с окружающим миром. В качестве примера приведем простейшую аналогию — фонтан. Его работа требует постоянного притока вещества (воды) и энергии, обеспечиваемой насосом. Только в этих условиях его работа стабильна, иными словами, он сохраняет стационарное состояние по отношению к среде. Основные компоненты любой системы управления приведены на рис. 19.1. Каждый из них можно называть различными терминами. Так, регулятором у млекопитающих является либо эндокринная железа, выделяющая гормоны, либо мозг (головной или спинной).
Об эффективности системы управления можно судить по:
1) степени отклонения регулируемого параметра от должного (оптимального) уровня;
2) скорости возвращения к этому уровню.
Любое отклонение от оптимального уровня активирует систему управления, а та обеспечивает возврат к нему. Когда состояние снова стано-
