Роланд Глазер - Биология в новом свете

Таким образом, концентрация ионов в клетке поддерживается на достаточно постоянном уровне и находится в динамическом равновесии. Аналогичным образом ведут себя и другие вещества, содержащиеся внутри клетки. Динамическое равновесие другого рода присуще различным органическим молекулам, которые разлагаются в клетке в процессе обмена веществ. Их называют метаболитами. Такие соединения, как, например, разного рода сахара, пассивно проникают (диффундируют) или засасываются клеткой и подвергаются здесь разложению. Следовательно, это не приток и сток, которые взаимно компенсируются, а приток и уничтожение. Такие процессы весьма многочисленны.

В сообщающихся сосудах обмен водой продолжается и после того, как уровни в них установились. В этом легко убедиться, подкрасив воду в одном из сосудов. Тем не менее такая структура является статической, ибо процесс обмена здесь не требует затрат энергии

Далее мы еще будем говорить об энергетическом балансе таких процессов. Здесь же мы только отметим, что не все системы, в которых происходит обмен, относятся к системам динамического равновесия. Представим себе два сообщающихся сосуда. Когда уровни воды в них выравниваются, обмен воды все равно продолжается за счет самодиффузии; но, поскольку этот процесс не связан с преобразованием энергии, подобная система является статической, а не динамической.

Хотя живая клетка как строительный кирпичик животного или растения в целом является динамической структурой, находящейся в состоянии динамического равновесия, некоторые из ее частей имеют статическую природу. Во многих случаях содержание воды в клетке пассивно регулируется ее энергетическим уровнем. В этом отношении клетку можно смело сравнивать с сообщающимися сосудами. Правда, энергетический уровень клетки определяется не силой тяжести, а сложным взаимодействием различного вида энергий. Однако об этом несколько позже.

В клетке ионы калия (К + ) и натрия (Na + ) активно 'перекачиваются' (шестеренка и жирные стрелки) и пассивно возвращаются назад (тонкие стрелки), в то же время обмен водой и ионами хлора (Сl - ) происходит только пассивно, подобно тому как это осуществляется в сообщающихся сосудах

Вначале, обсуждая возможности консервации технических и биологических систем, мы говорили о различии между статическими и динамическими структурами. Теперь же необходимо отметить, что многие компоненты клетки, а следовательно, и всего организма являются структурами статическими. Заглянем в биологический музей. Мы найдем там животных и растения, которые хорошо сохранили свою форму, а частично и окраску. Засушенное растение легко сохраняется десятилетиями, так же как засушенный жук, рак, бабочка, морская звезда или рыба. Отсюда следует, что некоторые части живого организма, в основном те, от которых зависит его форма, т. е. элементы скелета, представляют собой статические структуры, хотя и являются продуктами динамических структур. В определенной степени организм обладает возможностью при необходимости, например в случае повреждений, приводить статические структуры в активное состояние, обеспечивая тем самым их изменение и восстановление.

Мы несколько отклонились от темы, коснувшись проблемы динамического равновесия на клеточном уровне. Теперь мы знаем, что организм в целом представляет собой динамическую структуру, хотя отдельные его части могут иметь статическую природу. Но вернемся к нашей основной темe и попытаемся найти другие, более высокие структурные уровни биологической организации.

Следующую ступень в этой организации составляют биологические системы, образованные совокупностью клеток. К ним можно отнести ткани, органы и целые организмы. Клетки нашего тела постоянно отмирают и заменяются новыми. Исключение составляет только нервная система. Очевидно, специализация нервных клеток слишком высока, чтобы их можно было заменить. Установлено, что из имевшихся вначале 10 млрд. нервных клеток 10 тыс. ежедневно безвозвратно теряются. До сих пор остается загадкой, как наш мозг безболезненно переживает такую потерю.

Клетки других систем восстанавливаются. Типичным примером может служить кровь. Продолжительность жизни эритроцитов у человека в среднем равна 100-120 дням, примерно столько же живут и другие клеточные компоненты крови. Кровь с точки зрения ее состава можно рассматривать как динамическую систему. Если врач установит болезненные изменения в составе крови пациента, то причина их может скрываться как в кроветворении, так и в управляемом процессе разрушения кровяных клеток.

Естественно, что у большинства читателей понятие "управляемый" ассоциируется с кибернетикой. И в самом деле, здесь речь идет в какой-то мере о кибернетической проблеме. О кибернетике, в том числе биологической, написано очень много, поэтому обсуждать этот вопрос мы не будем. Позже мы слегка коснемся кибернетической стороны вопроса,

Заметим, что развитие раковой опухоли можно рассматривать как нарушение динамического равновесия. Внезапно возникающее бурное размножение клеток при прежней скорости их разрушения вызывает увеличение количества клеток подобно тому, как повышается уровень воды в описанном выше резервуаре. Об этом мы также поговорим в дальнейшем.

Пример с клетками крови уже предопределяет переход к биологическим системам следующего, более высокого уровня — биоценозу. Биоценоз — это сообщество одинаковых или различных живых организмов. Деревенский пруд с его водными растениями, водорослями, одноклеточными, червями, дафниями, личинками насекомых и рыбами представляет собой биоценоз; то же можно сказать о луге с его растениями, животными; лесе, болоте и т. д. На горьком опыте человек узнал, что такие экосистемы (биоценозы) являются едиными сложными структурами, узнал после того, как жестоко поплатился за вырубку лесов и истребление некоторых видов животных.

Поскольку мы достаточно говорили о сущности динамического равновесия, теперь нам нетрудно обнаружить динамику в миграции животных, их размножении и гибели. Примечателен тот факт, что в природе взаимосвязь животных и растений, хищника и жертвы играет большую роль. На этом уровне взаимодействие между отдельными элементами системы становится особенно заметным. Очевидно, что в системе, все без исключения элементы которой состоят из отдельных живых объектов, каждая структура должна иметь динамическую природу. Статические структуры, которые мы наблюдаем как на клеточном уровне, так и на уровне отдельных организмов, здесь просто немыслимы. Но, конечно, статические структуры оказывают определенное влияние на динамическое равновесие в живой природе. Правда, эти структуры — характеристика почвы, температура, глубина (для водных биоценозов) и т. д. — представляют собой компоненты неживой природы.