Однако, если орган непарный, то это еще не значит, что избыточность
структуры отсутствует. Академик АМН СССР Д. С. Саркисов приводит такой пример.
У животного в эксперименте можно удалить 4/5 ткани печени и оставшаяся 1 /5
часть справляется с многочисленными функциями, правда, не в экстремальных
(чрезвычайных) условиях. Значит, и здесь есть избыточность структур.
Второй специальный фактор повышенной надежности — избыточность
функциональная. При избыточности структур она является ее естественным
следствием. Но дублированы далеко не все структуры. Не дублируется, к примеру,
чувствительное нервное волокно, но функциональная избыточность заложена здесь
в самой структуре. При передаче возбуждения в чувствительном нервном волокне
может генериро-42 ватьея до 100 импульсов в секунду, а провести, передать в ЦНС это волокно способно 1000 импульсов в секунду. Возможность
проведения импульсов по чувствительному нервному волокну в 10 раз (!) превышает то максимальное
их количество, которое может возникнуть в нормальных условиях. Завидный запас
прочности!
Третий специальный фактор повышенной надежности живых организмов —
взаимозаменяемость структур и функций.
Например, одним из важных показателей гомеостаза, о котором ранее не
упоминалось, является постоянство осмотического давления, зависящего, в основном,
от концентрации солей в плазме
крови. Если по каким-то причинам эта концентрация уменьшится (например, при
обильном питье воды), то уменьшится осмотическое давление крови. Вода устремится
туда, где осмотическое давление выше, то есть в клетки крови и тканей.
Возникнет отек. В пробирке при резком уменьшении осмотического давления
эритроциты разрушаются (гемолиз), потому что переходящая в них в большом количестве вода разрывает клеточную оболочку. В целостном
организме обычно до этого не доходит, но и небольшое увеличение воды в клетках
нарушает их жизнедеятельность, ибо скорость химических реакций зависит от
концентрации реагирующих веществ.
Если же по каким-то причинам концентрация соли в плазме крови увеличится,
если ее осмотическое давление возрастет, то вода устремится из клеток в плазму
крови. Клетки обезвоживаются, что грозит серьезными нарушениями обменных
процессов. Такая ситуация может сложиться при водном голодании.
В здоровом организме осмотическое давление плазмы и внутри клеток
отличается высокой стабильностью благодаря деятельности почек. Избыток воды
выводится с мочой. Если же, напротив, по каким-то причинам минеральные вещества
будут накапливаться, то вода из первичной мочи всасывается в почечных
канальцах обратно в кровь, а избыток солей выводится. В регуляции этого
процесса принимают участие как нервные образования (осморецепторы), так и
эндокринная система.
В чрезвычайных обстоятельствах, когда почки не в состоянии быстро
компенсировать изменения, вступает в действие механизм взаимозаменяемости. Это
хорошо видно из следующего эксперимента.
Лошади ввели в кровь такое количество сернокислой магнезии, что осмотическое
давление ее должно было увеличиться вдвое. Однако уже через 15 минут оно
несущественно отличалось от исходного. Избыток соли был выведен не только с
мочой, но и с жидкими испражнениями, потом и слюной. Следовательно, в
рассматриваемом эксперименте, когда были созданы экстремальные условия,
функцию почек отчасти взяли на себя кишечник, потовые и слюнные железы.
Аналогичная ситуация наблюдается при уремии, развившейся вследствие гибели
обеих почек. Часть подлежащих удалению веществ выводится через желудок, легкие,
слюнные и потовые железы.
Таким образом, живой организм обладает повышенной надежностью, позволяющей
ему функционировать даже при частичной или полной утрате некоторых органов. Это
имеет исключительно важное значение для адаптации к новым условиям. Особо
следует остановиться на избыточности генетического (наследственного) материала.
Она проявляется в парности хромосом, т. е. каждый признак в геноме у человека
закодирован дважды: в отцовской и материнской хромосомах. Но этим
избыточность наследственного материала не исчерпывается. Подсчитано, что в геноме
у человека содержится такое количество нуклеотидов, которого достаточно для
кодирования 5 миллионов различных белков, хотя синтезируется их не более 100
тысяч. Следовательно, генетического материала достаточно для 50-кратного
кодирования признаков. В чем смысл подобной избыточности?
Именно этой избыточностью обеспечивается поразительная способность живых
организмов адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды. Благодаря
избыточности наследственного материала в геноме закодирована не одна, а
несколько альтернативных программ развития. К примеру, зимой растения
используют одну часть генома (одну программу развития), летом — другую.
Еще недавно казавшееся загадочным и труднообъяснимым явление акселерации
— ускоренного развития детей и подростков — легко объяснимо с учетом нескольких
альтернативных программ развития. Изменился в целом социально-биологический
фон к лучшему — появилась возможность реализовать иную, чем раньше, ускоренную
генетическую программу развития. Потому и оказались бесплодными попытки
обнаружить некий единственный фактор, вызвавший акселерацию. Бесславно
провалилась так называемая гелиогенная гипотеза, объяснявшая акселерацию
воздействием солнечного облучения (дети, мол, теперь больше подвергаются
инсоляции, что и ведет к акселерации). Практически забыта гипотеза
урбанизационной травмы, связывавшая ускоренное развитие детей и подростков со
специфическими условиями городской жизни, и другие аналогичные гипотезы. Нет,
именно благоприятное изменение всего социально-биологического фона позволило
использовать иную генетическую программу развития, только и всего. Изменится
ситуация к худшему — развитие детей и подростков замедлится. Подобная
ретардация (замедление развития) была зафиксирована в Индонезии во время
второй мировой войны, когда страна была оккупирована японскими милитаристами.
Именно наличие альтернативных генетических программ обеспечивает надежную
адаптацию организма к меняющимся условиям внешней среды, в том числе и
акклиматизацию. Ограничимся одним примером, где использование разных
генетических программ выявляется четко.
То, что гемоглобин переносит кислород, знают все. Но лишь специалистам
известно, что у плода и у взрослого гемоглобин разный. У взрослых в эритроцитах
содержится так называемый гемоглобин А. У плода же — фетальный гемоглобин,
или, сокращенно, гемоглобин Ф. Последний отличается от гемоглобина А тем, что
может присоединять к своей молекуле примерно на 25% кислорода больше.
Развивающийся плод получает кислород из крови матери через плаценту. Ясно, что
здесь насыщение эритроцитов кислородом совершается в более сложных условиях,
чем у взрослого, когда кислород поступает в кровь прямо из воздуха альвеол. Вот
и реализуется плодом иная, более выгодная программа синтеза гемоглобина. После
рождения ребенка гемоглобин Ф постепенно заменяется гемоглобином А и лишь в
ничтожном количестве продолжает синтезироваться гемоглобин Ф.
Отличительной особенностью восточносибирского климата, как уже указано,
является суровая зима. Морозы в дневное время превышают 40 градусов, а ночью в
отдельных районах — 50 градусов. При таком холодном воздухе трудно сделать
полноценный вдох. В специальном эксперименте профессор И.' Д. Боенко и его
сотрудники показали, что если вдыхать «холодный» воздух, то вдох становится
укороченным. Меньше воздуха попадает в дыхательные пути. Это ухудшает снабжение
организма кислородом. А так-как при мышечных усилиях дыхание даже на морозе
более глубокое, то это ведет к повышенной заболеваемости легких в местностях с
очень холодной зимой. Академик АМН СССР А. П. Авцын ввел даже специальный
термин «холодовые пневмопатии», подчеркивая тем самым предрасположенность к
заболеваниям легких в холодном климате.
Разумеется, в организме при этом возникают компенсаторные сдвиги,
поддерживается гомео-стаз. Так, в зимний период увеличивается количество
эритроцитов и гемоглобина в периферической крови. Это показано как при исследовании
в г. Чите (В. А. Козлов, А. П. Зеленина, С. К. Клюева), так и на другом конце
Восточной Сибири, в Красноярске (С. Г. Брауде, К. А. Манохина). Зависимость
между годовой амплидутой температуры воздуха и изменениями числа эритроцитов в
крови совершенно четкая (на графике обе кривые кажутся повторением друг друга).
Существуют, надо полагать, и другие изменения функций, поддерживающие
постоянство снабжения тканей кислородом. Известно, что кожная температура
зимой понижена из-за уменьшившегося объема сосудистого ложа в подкожной
клетчатке. А это облегчает работу сердца и ускоряет кругооборот крови в
организме. Можно привести и другие примеры. Но нас сейчас интересует лишь
возможность использования альтернативных генетических программ.
Группа читинских физиологов и биохимиков на очередном съезде в Ташкенте в
1976 году доложила результаты своих наблюдений. В зимний период обстоятельному
исследованию была подвергнута кровь большой группы студентов.
Все обследованные были разбиты на три группы. В первую группу вошли
коренные жители Забайкалья (буряты), предки которых веками проживали здесь, и
поэтому их адаптацию к местным условиям можно считать вполне совершенной. Во
второй группе были потомки переселенцев из европейской части страны. Они также
были вполне адаптированы к климату, ибо с детства проживали здесь. Третья
группа — это люди, переехавшие на жительство в Забайкалье 5—6 месяцев назад, то
есть находившиеся в стадии адаптации (акклиматизации). Большой объем работы
был выполнен коллективом кафедр биохимии и патофизиологии (В. Н. Иванов, Л. П.
Никитина, Н. А. Николаева, В. А. Козлов). Было установлено, что у студентов,
недавно переехавших в Забайкалье, содержание Ф-гемоглобина в крови повышено в
сравнении с этим показателем у коренных жителей и переселенцев, насчитывающих
здесь не одно поколение. Вывод ясен: для экстренной адаптации была использована
альтернативная генетическая программа, в значительно большем количестве стал
синтезироваться Ф-гемоглобин, способный переносить больше кислорода.
Справедливости ради нужно указать, что в литературе имеются и несколько
иные сведения. Уже упоминавшийся ранее академик А. П. Авцын с группой
сотрудников провел аналогичное исследование на европейском Севере. Оказалось,
что Ф-гемоглобина больше как раз у коренных жителей, чем у приезжих.
Несовпадение результатов может обусловливаться разными причинами, но для
понимания вопроса важно другое: при адаптации к экстремальным условиям может
использоваться альтернативная генетическая программа.
Итак, подведем итоги. Способность теплокровных животных и человека
сравнительно быстро адаптироваться к новым климатическим условиям (и изменениям
метеофакторов в течение коротких периодов) обеспечивается механизмами
саморегуляции. Последняя облегчается непрерывным самообновлением организма и
специальными механизмами, обусловливающими повышенную надежность живых
организмов. Исключительно важное значение имеет тот факт, что при адаптации
возможна взаимозаменяемость функций и использование альтернативных генетических
программ. Поэтому физиологические изменения при акклиматизации у разных индивидуумов
широко варьируют, и может показаться, что между ними мало общего. Последнее
нередко ставит исследователей в тупик, ибо не удается выявить одинаковых изменений
у акклиматизирующихся. Да при этом необходимо еще учитывать саморегуляцию, в
результате которой физиологические сдвиги вообще ничтожны. Особенно отчетливо
проявляется это при анализе сезонных физиологических изменений.
|