Ознакомительная версия.
Эукариотические и прокариотические клетки – это естественные системы. Как и биосфера, частью которой они являются, клетки гибки и изменчивы. Составляющие клетку элементы выполняют взаимодополняющие функции. Если какая-то из частей клетки не выполняет своей функции, жизнь клетки подвергается опасности. Изменение функционирования одной части клетки вызывает изменение функционирования других ее частей. Каждый элемент живой клетки способен повлиять на целое и отреагировать на поведение других элементов.
Подобная внутриклеточная динамика может проявиться в определенных процессах и в поведении, если посмотреть на клетку как на целое. Например, пища поступает внутрь клетки, а продукты обмена – из нее. Отдельная клетка может двигаться, изменять свою форму и место относительно других частей своего окружения. Происходит репродукция клеток путем замены одной клетки двумя идентичными и т. д.
Несмотря на то, что окружающая среда постоянно вызывает в клетке изменения, в каждый конкретный момент времени она стабильна. Такая ситуация может быть названа функциональным состоянием клетки. Способность клетки к поддержанию своих внутренних условий и к определенного рода поведению определяется ее функциональным состоянием. Здоровье клетки является, по существу, одним из ее функциональных состояний. Здоровая клетка имеет некоторый набор возможностей и способов поведения, который отличается от возможностей менее здоровой клетки. Функциональное состояние клетки может сохраняться на относительно стабильном уровне в течение некоторого времени, но оно может также и изменяться, как плавно, так и достаточно резко. Функциональное состояние клетки может изменяться под влиянием как собственно внутренних факторов, так и под влиянием ее взаимодействия со средой. На самом деле эти процессы трудно, а иногда и просто невозможно разделить.
Организмы состоят из бесчисленного числа ядерных клеток, которые со временем специализировались, чтобы сформировать органы и чтобы выполнять в клеточной системе специфические функции. Как и клетка, организм обладает свойствами текучести, подвижности и в значительной мере стабильности. Как и к клетке, к организму приложимо понятие функционального состояния. Под влиянием различных процессов состояние организма непрерывно меняется. Системы, составляющие организм, также функционально взаимозависимы. Чтобы организм мог поддерживать себя в здоровом состоянии, каждая из них должна работать вполне определенным образом. Любые отклонения влияют на функциональное состояние организма и на благополучие любой его составляющей.
Деятельность каждой клетки и каждого организма управляется с помощью внутреннего механизма. Например, все клетки развивающегося эмбриона исходно одинаковы, но затем они постепенно дифференцируются и в итоге становятся высокоспециализированными. Зверь, бегущий через лес, постоянно меняет свою походку, очертания и направление движения в зависимости от восприятия ситуации и в соответствии с процессами, заложенными в его системе управления. Подсолнечник в поле ориентирует свое соцветие прямо на солнце. Очевидно, что существует определенное взаимодействие между средой и живым организмом, которое запускают процессы, идущие внутри этой особи и обуславливающие ее поведение. Из всех возможных способов поведения только один реализуется в данный конкретный момент. Более того, не все живое способно вести себя одинаковым образом. Поведение растений, например, значительно отличается от поведения животных. Не все животные обладают одинаковыми возможностями. Некоторые более гибки, чем другие, и способны жить и даже процветать в самых разных условиях окружающей среды.
Система управления клеткой имеет преимущественно биохимическую основу. Химические реакции протекают внутри клетки, а также между клеткой и окружающей ее средой. Такие реакции могут изменять ее функциональное состояние. Некоторые реакции носят регулярный и повторяющийся характер, обеспечивая необходимое в данный момент состояние клетки. Другие происходят редко и приводят к радикальным изменениям ее состояния.
Межклеточное взаимодействие также основано на биохимических процессах внутри каждой клетки, но оно включает также и поведение клеток как целостных единиц. На поведение клетки влияют те клетки, с которыми она вступает в контакт. Например, Т-клетки (лимфоциты) иммунной системы человека патрулируют по всему телу, выслеживая вторгшихся микробов. Они опознают клетки как свои или чужие на основе химических процессов. Когда же клетка опознана как чужая, Т-клетки агрессивно ее атакуют. Поведение Т-клетки имеет серьезные последствия для клетки, с которой она входит в контакт. Таким образом, взаимодействие между клетками управляется как процессами, протекающими внутри каждой клетки, так и самой формой их поведенческого взаимодействия. Когда одна клетка воздействует на другую неожиданным или необычным способом, то происходит нечто новое. Меняется характер взаимодействия. Именно таков, например, случай взаимодействия вируса иммунодефицита человека и клеток иммунной системы.
Такие взаимодействия определяют функциональное состояние и возможности организмов. Биохимия каждой клетки внутри органа определяет ее поведение. Поведение всех клеток, составляющих определенный орган, формирует функциональные возможности органа. Функционирование органа влияет на другие группы органов. Биохимические процессы и поведение клеток, деятельность систем органов и других компонентов в совокупности определяют поведение организма как целого. Следовательно, функционирование каждой клетки лежит в основе функционирования всех компонентов тела. Каждый компонент влияет на любой другой.
Хотя можно считать, что функционирование всех представителей одного биологического вида определяется единой для всех системой управления, каждая отдельная особь отличается от любой другой. Одно из объяснений выдвигает генетическую причину такого разнообразия. Некоторые особи имеют гены, которые влияют на морфологию и функционирование в одном направлении, гены других особей действуют в другом направлении. В соответствии с другим объяснением, основой биологического разнообразия является индивидуальный опыт.
Когда феномен индивидуальных различий рассматривается в контексте дихотомии «гены – опыт», то это следует считать серьезным упрощением исключительно сложного вопроса. Представляется, что не существует какого-либо простого способа для разделения вклада каждого из этих факторов в развитие и функционирование индивида. Если уподобить развитие организма строительству дома из готовых блоков, то гены ответственны за создание фундамента, блочных конструкций и их пространственного размещения в одном здании. Они также закладывают системы электрооборудования и водоснабжения для всей постройки. Опыт – фиксируемые результаты взаимодействия развивающегося организма со средой – также играет свою роль. В нашей аналогии со строительством опыту отводится роль специалистов, работа которых делает здание пригодным к эксплуатации. Электрик, плотник, водопроводчик и т. д. – все они вносят свой вклад в завершенное здание.
Эволюционное развитие в направлении к Homo sapience привело к созданию головного и спинного мозга и связанной с ними периферической нервной системы. Центральную и периферическую нервную систему принято рассматривать в качестве целостной системы управления состоянием и поведением человека. В узком смысле это действительно так. Огромная сеть нейронов служит центральным координационным и обрабатывающим устройством. Здесь обрабатываются сигналы разной интенсивности, поступающие от всего организма. Некоторые сигналы (например, коленный рефлекс) почти не обрабатываются, другие, прежде чем возвратиться в отдаленные области тела, проходят по сложным маршрутам, где подвергаются разнообразной обработке.
Эти большие нейронные сети сами являются системами с взаимосвязанным функционированием. Центральная нервная система (ЦНС) постоянно активна и динамична. В процессе высвобождения, перемещения, сохранения и разрушения гормонов, нейротрансмиттеров и других молекул постоянно изменяется биохимическое равновесие организма. Активация и затухание нервных «цепей» ведет к изменению суммарной электрической активности. Если биохимические агенты уподобить разноцветным лампочкам, а ЦНС – источнику питания для гирлянды таких лампочек, то ЦНС предстала бы перед нами в виде творения абстрактного искусства с удивительными цветовыми сочетаниями, постоянно меняющими свою окраску и яркость.
Таким образом, ЦНС, которая играет роль центрального координатора, следует считать одним из самых важных компонентов системы управления организмом. Однако немалую роль в ней играют также и каждая клетка, и каждая система органов. Как средневековый английский монарх, primus inter pares, ЦНС может считаться первой среди равных. Но ее господство шатко – оно зависит и от функционирования других элементов, из которых состоит организм.
Ознакомительная версия.
