Генетико-прогностическое описание

Регулирующие клетки являются собственно надстройкой над рабочими. Они выполняют функции восприятия и переработки информации, необходимой для управления многочисленными рабочими элементами. Однако именно они приобрели наибольшее значение, так как при усложнении организмов роль управления возрастает гораздо быстрее роста рабочих клеток.

Рабочие элементы в процессе эволюции подверглись значительным изменениям. В некоторых случаях отдельные клетки соединились, образуя своеобразные колонии, более приспособленные для выполнения определенных функций (мышечный синтиций сердца). В других случаях возникли рабочие органы, в которых частично представлены регулирующие элементы и основные рабочие клетки, тесно спаянные с подсобными, поддерживающими. Органы объединились в системы, полностью обеспечивающие ту или иную рабочую функцию целого организма.

Однако несравненно большие изменения претерпели регулирующие элементы. Первые многоклеточные организмы представляли собой структуру с замкнутой полостью посредине (но при сохранении выхода всех клеток наружу), заполненной жидкостью, которая и была первой внутренней средой организма (рис. 4). Клетки, таким образом, получили возможность взаимодействовать друг с другом не только через непосредственное соприкосновение, но и через эту среду, выделяя в нее продукты своего обмена. Так возникла первая регулирующая система, которую я условно называю химической неспецифической. Последним словом подчеркивается, что действующими началами в системе являлись продукты обмена, общие для всех клеток: ионы, газы, простые химические вещества.

На следующем этапе эволюции часть клеток оказалась внутри и полностью утеряла связь с внешней средой. Отныне их жизнь стала целиком зависеть от наружных клеток, обеспечивающих определенный состав внутренней жидкости. Если почему-либо он заметно отклонялся от обычного, внутренние клетки отвечали на это резким нарушением обмена и выделением в жидкую среду различных промежуточных продуктов. Эти продукты и стали в дальнейшем гормонами, активирующими деятельность внешних клеток, т. е. регулирующими их. Так возникла вторая регулирующая система — эндокринная (рис. 5).

Рис. 4. Схема, показывающая возникновение первой регулирующей системы. В процессе эволюции возникла замкнутая внутренняя среда, через которую клетки общаются друг с другом.

Рис. 5. Возникновение второй регулирующей системы — эндокринной. Часть клеток утратила связь с внешним миром и существует только за счет внутренней среды. Клетка а выделяет в нее продукты своей жизнедеятельности — гормоны.

Действие первой и второй систем — диффузное. Оно оказалось достаточным лишь до тех пор, пока все наружные клетки были одинаковыми. По мере же специализации клеток возникали и новые регулирующие элементы, обеспечивающие целенаправленные воздействия со стороны внутренних регулирующих клеток на избранные наружные. При этом сохранялся принцип химического воздействия, только оно стало более ограниченным. Так возникла третья регулирующая система, представленная в современном виде вегетативной нервной системой (рис. 6). У некоторых внутренних клеток вытянулись отростки, один из которых приобрел особую чувствительность к изменению внутренней среды — стал рецептором, а другой проник в толщу специализированных рабочих клеток, чтобы целенаправленно влиять на их деятельность, — превратился в эффектор.

Четвертая система возникла вместе со специальными органами движения — мышцами. Конечно, возможно, что сначала они управлялись от внутренней среды через вегетативную НС, но при дальнейшем усложнении поведение живого существа стало больше зависеть от внешних условий.

Рис. 6. Возникновение третьей регулирующей системы — нервно-вегетативной. Внутренняя клетка Б получила длинные отростки, из которых один (р) стал рецептором, воспринимающим изменения состава внутренней среды. Другой (э) стал эффектором, выделяя активные химические вещества — медиаторы — непосредственно к управляемым клеткам. Так возникла возможность целенаправленного управления отдельными группами клеток в зависимости от изменений внутренней среды в том или ином месте.

Рис. 7. Возникновение четвертой регулирующей системы — нервно-соматической. Клетка Б своим рецептором р воспринимает внешние раздражения и передает импульсы через эффектор э (двигательное окончание) на поперечно-полосатую мышцу М. Система управляет движениями организма в зависимости от воздействий внешней среды.

Возможно, что часть наружных клеток приобрела особую чувствительность, превратившись в рецепторы, и, соединившись с мышцами, стала управлять последними. Может быть, эту функцию взяли на себя некоторые изменившиеся клетки вегетативной НС. Так или иначе, возникла четвертая регулирующая система — анимальная, или соматическая, нервная система (рис. 7).

В развитии регулирующих систем можно отметить целый ряд общих закономерностей:

1. Регулирующие системы (PC) возникают при новых условиях существования организма и появлении новых функций.

2. Чем «моложе» система, тем более специализировано ее действие, тем уже круг типов клеток, которые она регулирует, тем короче периоды действия. Первая PC непрерывно воздействует на все клетки; вторая также действует на все клетки, но ее эффект весьма изменяется во времени; третья регулирует внутренние органы и сосуды; четвертая — только поперечно-полосатую мускулатуру.

3. Все PC развиваются в процессе эволюции, но особенно быстро новые, и в первую очередь четвертая.

4. Клетки новой PC находятся под воздействием старых, но в то же время оказывают на них и обратное воздействие.

5. Новые PC получают информацию через свои рецепторы или от старых PC. Каждая система имеет свои эффекторы или действует через старые системы.

6. В развитии каждой PC можно наметить несколько этажей, объединенных одинаковым принципом действия.

Принцип действия и развития регулирующих систем показан на рис. 8. В процессе эволюции разные отделы регулирующих систем развивались неравномерно. В первую очередь это касается третьей и четвертой систем. Над первоначальными элементами PC, осуществлявшими на периферии самые простые функции, по мере количественного их возрастания появлялись надстройки — этажи, которые уже регулируют эти первоначальные клетки PC. Назначение надстроек — выделение «высших» пространственных и временных кодов, моделирование как внешнего мира. так и собственных действий. Многочисленные вертикальные связи осуществляют субординацию между этажами. Горизонтальные связи обеспечивают циркуляцию информации между соответствующими или близкими этажами разных регулирующих систем. Кроме того, некоторые этажи самих систем поделились по вертикали на два отдела, действующие в значительной степени противоположно, — возбуждающий и тормозящий отделы, как, например, симпатический и парасимпатический отделы вегетативной НС.

Рис. 8. Развитие взаимоотношений регулирующих систем. С внешней средой взаимодействуют рабочие клетки первой и четвертой PC. Показано, что все PC связаны между собой и с рабочими клетками. «Новые» этажи развивались главным образом на третьей и четвертой PC. Они представляют собой надстройки над древними и не имеют непосредственной связи с рабочими клетками.

Литература

1. Биологическая кибернетика. Под. ред. А. Б. Когана. Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1977.408 с. с ил. и табл.

2. Н. М. Амосов. Регуляция жизненных функций и кибернетика.-Издательство “Наукова думка”;Киев—1964