Чтение онлайн

Многие клетки имеют, кроме того, то или иное приспособление для движения в окружающем пространстве. Это может быть жгутик (как у сперматозоида), ворсинки (как у кишечного эпителия) или способность к переливанию цитоплазмы в форме псевдоподий (как у лимфоцитов).

Таким образом, важнейшими конструктивными элементами клетки являются ее оболочка (мембрана), орган управления (ядро), система энергообеспечения (митохондрия), строительный блок (рибосома), движитель (реснички, псевдоподии, или жгутик) и внутренняя среда (цитоплазма). Некоторые одноклеточные организмы обладают также внушительным кальцинированным скелетом, защищающим их от врагов и случайностей.

Удивительно, но ведь и организм человека, состоящий из многих миллиардов клеток, имеет, по сути, те же важнейшие конструктивные блоки. Человек отделен от окружающей среды своей кожной оболочкой. У него есть движитель (мышцы), скелет, органы управления (головной и спинной мозг и эндокринная система), система энергообеспечения (дыхание и кровообращение), блок первичной обработки пищи (желудочно-кишечный тракт), а также внутренняя среда (кровь, лимфа, межклеточная жидкость). Эта схема не исчерпывает всех конструктивных компонентов организма человека, но позволяет заключить, что любое живое существо построено по принципиально единому плану.

Разумеется, многоклеточный организм обладает целым рядом особенностей и, по-видимому, преимуществ — иначе бы процесс эволюции не был направлен в сторону появления многоклеточных организмов и мир до сих пор был бы населен исключительно теми, кого мы называем «простейшими».

Основное конструктивное различие между одноклеточным и многоклеточным организмом состоит в том, что органы многоклеточного организма построены из миллионов отдельных клеток, которые по принципу подобия и функциональному родству объединяются в ткани, тогда как органеллы одноклеточного представляют собой элементы одной единственной клетки.

В чем же реальное преимущество многоклеточного организма? В возможности разделять функции в пространстве и во времени, а также в специализации отдельных тканевых и клеточных структур для выполнения строго очерченных функций. По сути дела, эти различия сходны с тем, чем различается средневековое натуральное хозяйство и современное индустриальное производство. Клетка, представляющая самостоятельный организм, вынуждена решать все проблемы, встающие перед ней, за счет имеющихся у нее ресурсов. Многоклеточный организм выделяет для решения каждой из функциональных задач особую популяцию клеток или комплекс таких популяций (ткань, орган, функциональную систему), максимально приспособленных для решения именно этой задачи. Ясно, что эффективность решения задач многоклеточным организмом намного выше. Точнее, у многоклеточного организма гораздо больше шансов приспособиться к широкому набору ситуаций, с которыми ему приходится сталкиваться. Отсюда следует и принципиальное различие между клеткой и многоклеточным организмом в стратегии адаптации: первая на любое средовое влияние реагирует целостно и генерализованно, второй способен адаптироваться к условиям жизни за счет перестройки функций только отдельных из своих составляющих частей — тканей и органов.

Важно подчеркнуть, что ткани многоклеточного организма весьма разнообразны и каждая наилучшим образом приспособлена к выполнению небольшого числа функций, необходимых для жизнедеятельности и адаптации всего организма. При этом клетки каждой из тканей умеют в совершенстве осуществлять только одну-единственную функцию, а все многообразие функциональных возможностей организма обеспечивается разнообразием входящих в его состав клеток. Например, нервные клетки способны только вырабатывать и проводить импульс возбуждения, но не умеют изменять свои размеры или осуществлять уничтожение токсических веществ. Мышечные клетки способны проводить импульс возбуждения так же, как и нервные, но при этом они сами сокращаются, обеспечивая передвижение частей тела в пространстве или изменяя напряжение (тонус) структур, состоящих из этих клеток. Печеночные клетки не способны проводить электрические импульсы или сокращаться — зато их биохимическая мощь обеспечивает обезвреживание огромного числа вредных и ядовитых молекул, попадающих в кровь в процессе жизнедеятельности организма. Клетки костного мозга специально предназначены для производства крови и ничем другим заняты быть не могут. Такое «разделение труда» — характерное свойство любой сложно организованной системы, по этим же правилам функционируют и социальные структуры. Это необходимо учитывать при прогнозировании результатов любых реорганизаций: никакая специализированная подсистема не способна изменить характер своего функционирования, если не изменяется ее собственная структура.

Возникновение тканей, обладающих качественными особенностями, в процессе онтогенеза — процесс сравнительно медленный, и происходит он не за счет того, что имеющиеся клетки приобретают новые функции: практически всегда новые функции обеспечиваются новыми поколениями клеточных структур, формирующимися под управлением генетического аппарата и под влиянием требований внешней или внутренней среды.

Онтогенез — поразительное явление, в ходе которого одноклеточный организм (зигота) превращается в многоклеточный, сохраняя целостность и жизнеспособность на всех этапах этого замечательного превращения и постепенно наращивая многообразие и надежность выполняемых функций.

Научная физиология родилась в один день с анатомией — это произошло в середине XVII в., когда великий английский врач Уильям Гарвей получил разрешение церкви и короля и произвел первое после тысячелетнего перерыва вскрытие трупа приговоренного к смерти преступника с целью научного изучения внутреннего строения тела человека. Разумеется, еще древнеегипетские жрецы, бальзамируя тела своих фараонов, прекрасно знали устройство человеческого тела изнутри — но это знание не было научным, оно было эмпирическим, и к тому же — тайным: разглашение любых сведений об этом считалось святотатством и каралось смертью. Великий Аристотель, учитель и наставник Александра Македонского, живший за 3 столетия до нашей эры, очень смутно представлял себе, как устроен организм и как он работает, хотя был энциклопедически образован и знал, кажется, все, что к тому времени накопила европейская цивилизация. Более осведомленными были древнеримские врачи — ученики и последователи Галена (II век н. э.), которые заложили начала описательной анатомии. Огромную славу снискали себе средневековые арабские врачи, но даже величайший из них — Али Абу ибн Сина (в европейской транскрипции — Авиценна, XI в.) — лечил скорее человеческий дух, нежели тело. И вот У. Гарвей при стечении огромного количества народа проводит первое в истории европейской науки исследование устройства тела человека. Но Гарвея более всего интересовало, КАК РАБОТАЕТ организм. С древнейших времен люди знали, что в груди каждого из нас бьется сердце. Врачи во все времена измеряли пульс и по его динамике оценивали состояние здоровья и перспективы борьбы с разнообразными болезнями. До сих пор одним из важнейших приемов диагностики в знаменитой и таинственной тибетской медицине служит длительное непрерывное наблюдение за пульсом больного: врач сидит у его постели и держит руку на пульсе часами, а потом называет диагноз и предписывает лечение. Всем было хорошо известно: остановилось сердце — прекратилась жизнь. Однако традиционная в тот период Галеновская школа не связывала движение крови по сосудам с деятельностью сердца.

Но перед глазами Гарвея — сердце с трубочками-сосудами, наполненными кровью. И Гарвей понимает: сердце — всего лишь мышечный мешок, выполняющий роль насоса, который качает кровь по всему телу, потому что по всему телу разбегаются сосуды, которые становятся все более многочисленными и все более тонкими по мере удаления от насоса. По таким же сосудам кровь возвращается к сердцу, совершая полный оборот и непрерывно притекая ко всем органам, к каждой клеточке, неся с собой питательные вещества. Еще ничего не известно о роли кислорода, не открыт гемоглобин, никак не умеют врачи различать белки, жиры и углеводы — вообще знания химии и физики еще крайне примитивны. Но уже начали развиваться разнообразные технологии, инженерная мысль человечества изобрела множество приспособлений, облегчающих производство или создающих совершенно новые, небывалые раньше технические возможности. Современникам Гарвея становится ясно: в организме работают определенные механизмы, структурную основу которых составляют отдельные органы, причем каждый орган предназначен для выполнения той или иной конкретной функции. Сердце — это насос, качающий кровь по «жилам», точно так же, как те насосы, которые подают воду из равнинных озер в усадьбу на пригорке и питают радующие глаз фонтаны. Легкие — меха, через которые прокачивается воздух, как это делают подмастерья в кузнице, чтобы сильнее раскалить железо и его было легче ковать. Мышцы — канаты, прикрепленные к костям, и их напряжение заставляет эти кости перемещаться, что и обеспечивает движение всего тела, — точно так же, как строители с помощью талей поднимают огромные камни на верхние этажи строящегося храма.

Человеку свойственно всегда сопоставлять новые открытые им явления с уже известными, вошедшими в обиход. Человек всегда строит аналогии, для того чтобы легче понять, объяснить самому себе суть происходящего. Высокий уровень развития механики в эпоху, когда Гарвей проводил свои исследования, неминуемо привел к механической интерпретации многочисленных открытий, сделанных врачами — последователями Гарвея. Так родилась структурно-функциональная физиология с ее лозунгом: один орган — одна функция.

Однако по мере накопления знаний — а это в значительной мере зависело от развития физических и химических наук, поскольку именно они поставляют основные способы для проведения научных исследований в физиологии, — стало ясно, что многие органы выполняют не одну, а несколько функций. Скажем, легкие — не только обеспечивают обмен газами между кровью и окружающей средой, но также участвуют в регуляции температуры тела. Кожа, выполняя в первую очередь функцию защиты, одновременно является и органом терморегуляции и органом выделения. Мышцы способны не только приводить в действие скелетные рычаги, но и за счет своих сокращений согревать притекающую к ним кровь, поддерживая температурный гомеостаз. Примеры такого рода можно приводить без конца. Полифункциональность органов и физиологических систем стала особенно явственной в конце XIX — начале XX в. Любопытно, что в это же время в технике появилось множество разнообразных «универсальных» машин и инструментов, обладающих широким спектром возможностей — порой, в ущерб простоте и надежности. Это — иллюстрация того факта, что техническая мысль человечества и уровень научного понимания организации процессов в живой природе развиваются в теснейшем взаимодействии между собой.

К середине 30-х годов XX в. стало ясно, что даже концепция полифункциональности органов и систем уже не способна объяснить согласованность функций организма в процессе адаптации к изменяющимся условиям или в динамике возрастного развития. Стало складываться новое понимание смысла процессов, происходящих в живом организме, из которого постепенно сформировался системный подход к исследованию физиологических процессов. У истоков этого направления физиологической мысли стояли выдающиеся российские ученые — А.А. Ухтомский, Н.А. Бернштейн и П.К. Анохин.