Экология СПРАВОЧНИК

Прежде чем ответить на вопрос, поставленный в названии главы, надо разобраться в том, что же такое живой организм, чем он отличается от неживой природы. Согласно классическому определению Ф. Энгельса, «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел».1 Носителями жизни являются живые организмы, обладающие сложной структурой, главная составная часть которой — белки. В организме человека более 5 млн. различных белков, которые бесконечно разнообразны по своему строению и функциям.

Далее

Каким же образом черпает организм необходимую ему энергию? Энергия освобождается в митохондриях клеток при окислении различных органических веществ, но используется не сразу, а накапливается в легкоутили-зируемой форме в виде макроэргических (высокоэнергетических) соединений. При их расщеплении без промежуточного образования тепла химическая энергия их внутримолекулярных связей преобразуется в другие формы энергии: механическую, электрическую, световую и т. п.

Далее

Полное или частичное расщепление белков осуществляется особыми ферментами — внутриклеточными про-теиназами и пептидазами — путем гидролиза, т. е. расщепления с присоединением воды по месту разрыва связи: АВ + НОН АН + ВОН. А вот синтез белков намного сложнее.

Далее

Чем же обусловлена строго определенная последовательность аминокислот в белках? Как показали многочисленные исследования, информация об этом закодирована в генном аппарате клеток (геноме), т. е. в ДНК хроматина клеточного ядра. Для каждого синтезируемого в организме белка имеется своя ДНК (или участок цепи ДНК), и синтезированы могут быть только те белки, структура которых закодирована в геноме. ДНК — сложные макромолекулы (с ММ от 10000 до миллионов атомных единиц), представляющие собой цепи соединенных друг с другом нуклеотидов (от 2000 до 108 ед.) и образующие двойную спираль.

Далее

От окружающей среды организм непрерывно получает информацию, на которую реагирует в виде ответных действий: движения, речи (у животных — издания тех или иных звуков), мимики, поедания пищи и т. п. Таким образом, живой организм непрерывно пропускает через себя не только вещества и энергию, но и поток информации.

Далее

Одним из путей защиты от неблагоприятных условий окружающей среды, особенно если они угрожают жизни, является стремление устраниться от них. Животное это делает инстинктивно, а человек — сознательно. Человек прибегает к различным средствам: сменяет легкую одежду на теплую и наоборот, пользуется отоплением, искусственным освещением, бесперебойным водоснабжением, вентиляцией, применяет кислородные или иные изолирующие от среды аппараты и т. п. Животное этих средств лишено.

Далее

Индивидуальное экстренное приспособление организма к изменившимся условиям существования преследует две цели: противостоять вредоносному влиянию новых условий и так организовать функциональную активность, чтобы она обеспечивала адаптацию.

Далее

Адаптационно-трофическое влияние симпатико-адре-наловой системы осуществляется при посредстве изменений, происходящих в обмене веществ. Оно усиливает окислительные процессы, увеличивает запасы КФ в мышцах и даже контролирует функциональное состояние митохондрий, на мембранах которых происходит генерирование АТФ. Симпатическая нервная система влияет на функциональное состояние органов чувств, повышая их чувствительность, и на различные отделы центральной нервной системы, мобилизуя ее физиологические ресурсы, поддерживая возбудимость и регулируя рефлекторную деятельность. Не случайно, что в условиях творческого, рабочего подъема, сопровождающегося выделением норадреналина, возрастает не только физическая, но и умственная работоспособность, острее становится мышление, позже наступает физическое и умственное утомление.

Далее

Психические стрессы отрицательного характера (служебные и личные неприятности, столкновения с грубостью, бесчувственностью, несправедливостью и т. п.) вряд ли кто не испытал. Такие стрессы требуют от организма определенной защиты и при большой силе воздействия могут быть для него даже гибельными. Однако умереть можно не только от тяжелого известия (например, о гибели близкого человека или о большой жизненной неудаче), но и от радостного сообщения. Вот несколько примеров, известных автору. Одна женщина (и еще нестарая) внезапно умерла, когда к ней вернулся с войны ее без вести пропавший сын, которого она считала погибшим. Умер на своем юбилейном чествовании почтенный ученый: произнес благодарственную речь за приветствия, сел на свое место и вдруг склонился к столу, словно бы уснул. Когда к нему подошли — он был мертв. Во время спектакля скончался драматический артист Н. Г. Свободин, игравший всегда с полной отдачей, но на сей раз не выдержавший большого напряжения.

Далее

В предыдущих главах мы познакомились с общими принципами экстренного индивидуального приспособления организма к условиям среды. Эта адаптация кратковременна: сохраняется до тех пор, пока на организм влияют (но недолго) какие-то новые условия его существования. Правда, по возвращении к обычным условиям след приспособительной реакции сохраняется еще некоторое непродолжительное время, но вскоре и он утрачивается. Например, разве мы станем более устойчивыми к холоду, если один раз выйдем на мороз в легкой одежде, или более выносливыми к движению, если как-то совершим 10—15-километровую прогулку? Приспособится ли наш организм к гипоксии, если мы один раз ненадолго побываем в горах? Конечно же, нет.

Далее

Мы уже знаем, что все признаки организма, все белки, им синтезируемые, закодированы в геноме, в хромосомах клеточных ядер на цепочках ДНК, и определяются порядком расположения пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, входящих в состав этих цепочек. И ни один белок, не закодированный генами, не может быть синтезирован; ни один признак, не зафиксированный в геноме, не может проявиться. Значит, для того чтобы то или иное свойство организма стало наследственным и передавалось потомству, необходимо, чтобы в генном аппарате произошли изменения. Такие изменения называются мутациями.

Далее

Для того чтобы организм получил новые возможности использовать свою среду обитания пли проникнуть в новую среду, чтобы расширились его функциональные возможности, позволяющие ему лучше противостоять отрицатель-ным факторам внешней среды, чтобы организм мог успешно выправлять тот вред, который наносят ему, эти факторы, восстанавливая свои функции до нормального уровня, необходимы приспособительные изменения его белков. А чтобы все это передавалось и потомству, — изменения и в генном аппарате его клеток, в структуре генов, т. е. в ДНК, содержащихся в их ядрах.

Далее

Приспособительное реагирование на изменяющиеся условия существования — одно из замечательных свойств живых организмов. В основе его лежит пластичность организма, способность к приспособительным биохимическим изменениям. Это проявляется на всех уровнях биологической организации: от одноклеточных простейших до человека, от клетки и ее субклеточных структур до целостного организма.

Далее

Д. Н. Насонов и его сотрудники установили, что при повреждении клетки и ли даже при обратимом изменении ее функции и строения под влиянием повреждающего агента (альтерации) происходят обратимая денатурация тех или иных клеточных белков в результате нарушения в них различных связей, за исключением ковалентных, и изменения формы молекул, а также разрыхление их. При этом химически активные группы, например карбоксилы и аминогруппы, которые находились внутри клубка белковой молекулы и были вовлечены в образование нековалентных связей, могут размаскировываться (рис. 6). Освободившись, эти группы увеличивают возможности новых взаимодействий как внутри самой белковой молекулы, так и с другими молекулами. Кроме того, белкоггые молекулы с измененными высшими структурами становятся более легкодоступными действию расщепляющих их ферментов — протеппаз. Этому способствует и происходящий сдвиг реакции внутренней среды в кислую сторону, так как большинство протеиназ имеет оптимум pH в области кислых реакций. Усиливаются расщепление гликогена с образованием в конечном итоге молочной кислоты и гидролиз фосфолипидов. Последнее наряду с изменениями состояния белков неблагоприятно отражается на проницаемости клеточных и субклеточных мембран: ока возрастает, низкомолекулярные вещества и ряд белков выходят в межклеточное пространство.

Далее

Как показал великий русский физиолог И. П. Павлов, первая и главная роль в уравновешивании организма с окружающей средой, т. е. приспособление к ней, принадлежит нервной системе. Все влияния внешней среды воспринимаются организмом с помощью органов чувств (экстерорецепторов), а внутренней среды — рецепторами внутренних органов (интерорецепторами). Сигналы от экстеро- и интерорецепторов, являющихся как бы выдвинутыми вперед разведчиками, по чувствительным (афферентным) нервам передаются центральной нервной системе. Там они перерабатываются, в результате чего по эфферентным (двигательным, секреторным) нервам следует ответ на периферию, к рабочим органам: мышцам, аппарату пищеварения, легким, сердцу, сосудам и др.

Далее

Схема 6. Влияние гормона на процесс транскрипции при синтезе белка.Обозначения те же, что и на схеме 2; остальные объяснения в тексте.Мы уже познакомились с механизмом активации расщепления гликогена и жиров под влиянием адреналина (см. схему 2). Но в ряде случаев активация ферментов гормонами может быть сложнее, более многоступенчатой (схема 7). Как видим, некоторые протеинкиназы, активирующие фермент с помощью его фосфорилирования, предварительно сами должны быть фосфорилированы. Таким образом, между активируемым ферментом и гормоном стоят три посредника: цАМФ, киназы киназ и протеинкиназы.

Далее

В окружающей среде живые организмы встречаются с широким диапазоном изменения давления: от 101 кПа (1 атм) па уровне моря до 25 кПа (0.247 атм) на вершине Эвереста и 101 100 кПа (1001 атм) на глубине 10 км в океане. На высотах ведущее значение во влиянии па организм принадлежит снижению парциального давления кислорода, гипоксии, а в глубинах океана основную роль играет сам фактор давления, гибельного для наземных организмов, но вполне нормального для адаптировавшейся к нему водной фауны.

Далее

Мы уже знаем (см. гл. IV), что экстренное приспособление к высотной гипоксии вызывает прежде всего ряд физиологических реакций, направленных на возможно более полное удовлетворение потребности организма в кислороде. Но этого недостаточно даже на сравнительно небольших высотах: уже на уровне 3500 м парциальное давление кислорода в альвеолах легких снижается на 53 %, а насыщение им крови — на 20 %.

Далее

Многие структурные и ферментные белки содержат две или более субъединиц (мономеров), соединенных между собой иековалентными связями. Например, лактат-дегидрогеназа, отнимающая от молочной кислоты водород, и киназа фосфорилазы Ь, превращающая малоактивную фосфорилазу Ь в высокоактивную фосфорилазу а, состоят каждая из четырёх субъединиц. Расщепление фермента на субъединицы лишает его активности или резко снижает ее. Из субъединиц построены и сократительные белки мышц — миозин и актин: первый — из пяти субъединиц, а второй — из очень большого числа глобулярных молекул й-актина. Расщепление этих сложных структур высоким давлением и препятствие сборке субъединиц О-актина в фибриллярный Е-актин делает невозможным взаимодействие между этими белками и мышечное сокращение. Установлено также, что давление 101 100 кПа (1000 атм), соответствующее глубине 10 км, лишает актомиозин мышц корюшки его ферментативной активности, способности трансформировать химическую энергию АТФ в механическую энергию мышечного сокращения, а у карпа снижает ее на 50 %, затрудняет высокое давление и дерепрессию генов, полимеризацию РНК, сборку рибосом в полирибосомы, а следовательно, и синтез белков. Наконец, высокое давление изменяет структуры клеточных мембран и уменьшает их проницаемость.

Далее

О том, как велико значение этой смазки, рассказывает в своих воспоминаниях крупный немецкий зоолог и основатель всемирно известного Гамбургского зоологического сада К. Гакенбек. Он с детства увлекался животными. Однажды отец подарил ему несколько диких уток с подрезанными крыльями, поэтому они улететь не могли. И маленький Карл пустил их плавать в металлический бак. Но бак оказался из-под мазута, в котором утки вымазались с ног до головы. Увидев такой непорядок, мальчик тщательнейшим образом вымыл уток теплой водой с мылом и пустил их плавать в другой, чистый бак. На следующее утро все утки лежали мертвыми на дне: теплая вода и мыло удалили не только мазут, но и всю жировую смазку, в результате чего утки переохладились и погибли.

Далее

Закаливание — приспособление человека к низким температурам, с которыми мы встречаемся повседневно как в быту, так и в труде. Закаливание весьма желательно и даже необходимо человеку по двум причинам. Во-первых, наши отдаленные предки обитали в условиях жаркого климата, а поэтому человек — теплолюбивый организм. Во-вторых, на протяжении всей истории человечества оно искусственно создавало себе оптимальный микроклимат, используя одежду, жилище, отопление, в результате чего границы эффективной теплорегуляции в организме человека сузились по сравнению с тем, что свойственно животным. Закаливание эти границы расширяет.

Далее

Большое разнообразие движений свойственно и человеку. Сравним работу мышц музыканта и тяжелоатлета-штангиста, быстрый бег спринтера и длительный марафонского бегуна, отточенные движения в гимнастике, фигурном катании или балете и труд землекопа. При этом на долю человека выпадают и очень большие мышечные нагрузки (речь идет не о спортсменах). Несмотря на развитие всех видов транспорта, механизацию, автоматизацию и роботизацию многих видов производства, человеку и в быту, и в трудовой деятельности приходится ходить на большие расстояния, быстро бегать на более короткие, поднимать и передвигать тяжести.

Далее

В связи с разнообразием движения мышцы животных и человека имеют разную форму и строение. Одни при работе могут проявлять большую силу при незначительном напряжении и долго не утомляться, другие отличаются быстротой сокращений, сильно напрягаются и быстро утомляются. Волокна, из которых построены мышцы, тоже неоднородны. Принято различать четыре типа их: медленные (тип S), быстрые гликолитические (тип F), быстрые оксидативно-гликолитические (тип FOG) и промежуточные (тип I). При этом для волокон типа S характерны высокие возможности аэробных окислительных процессов и дыхательного генерирования АТФ, а для волокон типа F — большие потенциальные возможности мобилизации энергии АТФ и креатинкиназного и гликолитического ее ресинтеза. Третий и четвертый типы занимают промежуточное положение между первыми двумя (табл. 6).

Далее

По оси абсцисс — время; по оси ординат — изменения от уровня покоя, Д%. 1 — молочная кислота, 2 — АТФ, 3 — КФ, 4 — гликоген.Возбуждение мотонейронов регулируется сложной системой нервных образований (см. рис. 12): корой головного мозга и таламусом через пирамидные пути, красными ядрами, ретикулярной формацией и мозжечком через экстрапирамидные пути. При этом между нейронами высших отделов нервной системы и мотонейронами стоят еще промежуточные вставочные нейроны, возбуждение или торможение которых в свою очередь отражается на функциональном состоянии мотонейронов.

Далее

Однако экстренное приспособление организма к мышечной деятельности хотя и позволяет продолжать работу во времени, но не предохраняет от быстрого наступления утомления, заставляющего организм прекратить работу или, во всяком случае, снизить ее интенсивность. Конечно, у организма есть возможности пустить в ход свои резервные силы при помощи центральной нервной системы. Например, высокий эмоциональный подъем в условиях увлекающего человека труда повышает работоспособность и отдаляет наступление утомления, как и поведение в экстремальных условиях (патриотический подъем на фронте или когда у животного стоит вопрос о жизни и смерти и оно спасается от преследования). Стойкое же повышение работоспособности достигается долговременным приспособлением организма к различным видам повышенной мышечной деятельности.

Далее

Естественно, что при разных причинах и формах гипокинезии все эти изменения выражены в различной степени. Наиболее значительны они при многомесячном строгом постельном режиме и особенно при космических полетах.

Далее

Если же в силу тех или иных причин все эти пути приспособления оказываются несостоятельными, то жизнедеятельность организма перестраивается так, чтобы по возможности дольше сохранить существование. Это выражается в снижении возбудимости нервной системы, сонливости, ограничении подвижности. Последнему способствует и постепенное исчерпание резервных источников энергии, прежде всего запасов гликогена, затем жиров и различных резервных белков. Снижается активность эндокринных желез, гормоны которых стимулируют мобилизацию источников энергии и регулируют использование их. Это относится прежде всего к адреналину, инсулину и гормонам щитовидной железы.

Далее

Механизм смертельного действия проникающей радиации заключается в возникновении цепных, развивающихся с самоускорением реакций, происходящих без участия ферментов и приводящих к разрушению различных биологических мембран, распаду структурных фосфолипидов и белков, а затем и гибели организма. При очень больших дозах облучения возможна почти моментальная смерть (так называемая «нервная смерть под лучом») вследствие необратимых изменений в нервной системе. При менее сильных, но опасных для жизни поражениях страдает и центральная нервная система: нарушаются поступление в нее импульсов и распространение их. В результате этого происходят функциональные и трофические расстройства и дезорганизуется центральная регуляция функций организма. Существенно нарушаются процессы обмена веществ, причем в первую очередь страдают сложные метаболические цепи реакций и процессы биосинтезов. Тяжело повреждается кроветворная система, резко падает устойчивость организма к различным патогенетическим факторам, в частности к инфекциям.

Далее

Инфекционные заболевания — сложный комплекс взаимодействия между организмом человека или животного и проникшим в него микробом. Характер этого взаимодействия определяется как свойствами болезнетворного микроба, так и особенностями и состоянием инфицированного им макроорганизма. Решающее значение для микроба имеет его вирулентность — степень болезнетвор-ности, зависящая от способности его проникать в ткани, размножаться там и выделять ядовитые вещества (токсины), вредоносно действующие на организм. Если вирулентность микроба невысока, инфекция может и не развиться: микробы будут уничтожены организмом или приживутся в нем, не вызывая заболевания; это явление называют бациллоносительством.

Далее

Приспособление организма к действию ядов — химических веществ самой различной природы — тоже лежит в области синтеза белков. Если яд белковой природы, например змеиный, то защитой от него являются соответствующие антитела. Так, если человека укусила змея, ему вводят специальную сыворотку, содержащую антитела уже в готовом виде. Приготавливают эту сыворотку, иммунизируя лошадей возрастающими дозами того или иного змеиного яда. В организме животного образуются против этого яда антитела, и оно становится устойчивый к нему. Сыворотка же крови этих животных спасает человека от нередко смертельных последствий змеиного укуса. Если раньше смертность от змеиных укусов составляла 20 %, то после открытия защитных сывороток она сократилась до 3 %.

Далее

Если вы внимательно читали три предыдущие главы, то, наверное, обратили внимание, что при приспособлении организма к изменениям различных условий среды нередко наблюдаются однонаправленные и вполне соизмеримые изменения одних и тех же биохимических параметров. Оказывается, что адаптация организма к какому-либо одному фактору среды может способствовать приспособлению его к другим факторам, повышать устойчивость к ним. Это явление называют перекрестной адаптацией. Прежде всего обратимся к фактам, а затем попытаемся разобраться в молекулярных основах перекрестной адаптации человека и ее практическом значении.

Далее

Память — великий дар природы живым организмам, в особенности человеку. Мы храним в памяти и недавние, и давно прошедшие события; образы людей, нас окружающих, и тех, кого уже давно нет; виденное, слышанное, прочтенное в книгах — от стихов Пушкина до номеров телефонов учреждений и знакомых. Остаются в памяти отпечатки приятных и неприятных ощущений, испытанных нами, в том числе и полученных при встрече с теми или иными повреждающими факторами среды.

Далее