Жизненные стимулы биосистем

Ю.П. Фролов

Введение

В ходе биологической эволюции в границах как одноклеточных, так и многоклеточных организмов сформировались структуры и механизмы, способные обеспечить протекание множества процессов жизнедеятельности. Важнейшими из них являются процессы, связанные с размножением, которое делает возможным не только сохранение существующей численности организмов, но и быструю экспансию их на новые территории. Самовоспроизведение макромолекул появилось на самой ранней стадии биологической эволюции путем редупликации нуклеиновых кислот, а также прямой трансляции полипептидов с молекул нуклеиновых кислот, и наоборот, синтеза последних на молекулах полипептидов. Косвенным доказательством существования в прошлом такого механизма самовоспроизведения макромолекул является феномен эквиспиральности — стерического соответствия альфа-спирали полипептидов спиральной структуре нуклеиновых кислот [1-3]. Позднее функции белков и нуклеиновых кислот разделились, причем среди последних произошла специализация на молекулы ДНК, решающие стратегические задачи (изменчивость, наследственность), и рибонуклеиновые кислоты, выполняющие тактические функции внутри клетки. Сама же репродуктивная функция организмов воплотилась в громадном разнообразии конкретных форм с единым предназначением. По мере усложнения организмов достаточно четко проявилась тенденция к уменьшению их плодовитости, компенсируемой увеличением продолжительности жизни за счет более совершенной репарации повреждающихся структур.

Все процессы жизнедеятельности осуществляются с затратой энергии и вещества, поступающих в организм с пищей. Возникает естественный вопрос о стимулах (в переводе с латинского данное слово означает остроконечную палку, которой погоняют скот), которые вынуждают его заниматься добыванием пищи в окружающей среде. Этот процесс энергозатратный, нередко связан с угрозой для жизни особи и осуществляется обычно с активным участием ее двигательной системы.

Protista

За исключением представителей ряда видов одноклеточных, не имеющих локомоторного аппарата и осуществляющих локальную поисковую деятельность за счет хаотического броуновского движения, подавляющее число организмов обладает способностью к активному поиску пищи и особей противоположного пола, а также к избеганию опасностей и покиданию мест с неблагоприятными условиями существования. Уже простейшие одноклеточные организмы, в частности подвижные бактерии, имеют жгутиковый аппарат, совмещающий в себе функции двигателя (базальное тело) и движителя — жгутика, который может вращаться подобно пропеллеру, обеспечивая перемещение клетки.

Направленное движение бактерии (например, положительный или отрицательный хемотаксис) осуществляется с участием белков-рецепторов, расположенных в периплазматическом пространстве или на клеточной мембране, которые, связав стимулирующую молекулу, передают сигнал на перерабатывающие системы. От них он поступает в систему управления движением, где трансформируется в командный сигнал, вызывающий необходимые изменения в работе жгутиков. Кроме того, бактерии способны не только ощущать, но и на короткое время ’’запоминать” силу стимулирующего сигнала, что позволяет им помимо ориентирования в пространственном градиенте активных веществ еще и учитывать изменение их концентрации во времени [4]. Все молекулярные участники этого управляемого локомоторного процесса генетически детерминированы. Двигательная активность бактерий стимулируется внешними воздействиями, напрямую управляющими локомоторным аппаратом.

У простейших движение в большинстве случаев генерируют цитоплазматические выросты — реснички и жгутики. Подобно бактериям, их локомоторная активность стимулируется химическими, физическими и механическими воздействиями, а движение, особенно координированная работа ресничек, контролируется электрическим потенциалом клеточной мембраны и связанной с ним ее проницаемостью для ионов кальция. Специфический механизм передвижения имеют солнечники (с помощью аксоподий) и амебы (с помощью псевдоподий). Своеобразным и сложным образом хемотаксис проявляется у клеточной формы миксомицетов.

Следует отметить, что хемотаксис сохранился и у разных клеток высших организмов (фибробласты, нейроны, половые клетки, лейкоциты, опухолевые клетки), он принимает участие в морфогенезе многоклеточных животных.

Таким образом, у рассмотренных одноклеточных организмов сформировался достаточно автономный двигательный аппарат, содержащий присущие любой кибернетической системе части: объект управления (собственно локомоторные структуры) и структуры, выполняющие функцию управления этим объектом. Управление осуществляется с участием обратных связей. Основное назначение такой двигательной системы — удалить клетку из мест с вредными условиями и доставить в места с наиболее благоприятными для жизни условиями.

Сами же процессы жизнедеятельности, прежде всего рост и деление клеток, в благоприятных условиях стимулируются пищей или, в случае с фо- тотрофными организмами, светом. В отсутствие лимитирования рост численности популяции происходит с участием положительной обратной связи (согласно уравнению Мальтуса — по геометрической прогрессии), а при наличии ограничивающих рост факторов вступает в действие отрицательная обратная связь, и динамика численности популяции описывается логистическим уравнением Ферхюльста-Перла или объединенным уравнением Моно- Иерусалимского.

Metazoa

На ранних стадиях эмбрионального развития многоклеточных животных ведущая роль принадлежит самой древней генетической системе, от которой зависит появление специализированных клеток. По мере формирования организма функции регулирования переходят к ’’триумвирату”— нервной, эндокринной и иммунной системам. Однако условия выживания организмов остаются прежними — питание, размножение и избегание опасностей для жизни, которые, опять же, могут быть обеспечены преимущественно активной работой локомоторного аппарата. Роль двигателя, как правило, выполняют мышцы, а движителя — ходильные конечности, ласты, крылья и прочие части тела, поскольку, в отличие от одноклеточных организмов, обычно обитающих в водной среде, многоклеточные животные дополнительно освоили сушу и воздушное пространство.

У Metazoa не только более сложное строение, но и значительно более сложные поведенческие реакции. Если у одноклеточных организмов двигательный аппарат, по-видимому, ”не советуясь” с клеткой, уводит ее от опасности и доставляет в благополучные для жизни места или к особи противоположного пола, то у Metazoa локомоторная система более подконтрольна всему организму. Так, сытый хищник может и не побежать за своей жертвой, а травоядное животное не будет пастись на лугу, если его желудок заполнен пищей. А некоторые животные (белки, суслики и др.), будучи сытыми, напротив, запасают корм на зимний период.

Важную роль в осуществлении ранее названных функций, без которых невозможно выживание организмов, играют сложные безусловные (врожденные) рефлексы — инстинкты и вырабатываемые в процессе жизни условные рефлексы, а также совокупности взаимосвязанных рефлексов, на длительное время определяющих поведение животных. Так, после прилета птиц из теплых стран их жизнь складывается из последовательно выполняемых операций: выбора места для гнезда, его построения, откладывания в него яиц, их насиживания, выкармливания птенцов, обучения их полету, навыкам добывания пищи, подготовки к перелету в составе стаи, перелета в теплые края, проживания в них, возвращения на свою родину. У многих высокоорганизованных животных хорошо выражена забота о потомстве, что позволяет увеличить его выживаемость и снизить исходную численность.

В отличие от эндокринной и иммунной систем, нервная система не только управляет внутренними органами, но также с помощью многочисленных рецепторных структур осуществляет непосредственный контакт с внешней средой. Благодаря этому становится возможным образование условных рефлексов на внешние воздействия, позволяющих избегать неблагоприятных и увеличивать число благоприятных исходов. У высокоорганизованных Metazoa на основе нервной и с участием эндокринной систем сформировалась достаточно эффективная система стимулов (мотивов), побуждающих к действию двигательный аппарат, и эмоций, на субъективном уровне оценивающих результат его работы. Появление мотиваций и эмоций обусловлено активностью, прежде всего, лимбической системы мозга. Эмоции активируют функции вегетативной и эндокринной систем и этим способствуют реализации целенаправленного поведения. Мотивации могут быть разделены на две категории: влечения и избегания. Первые обусловлены получением чувства удовольствия, которое связывают с функцией систем удовольствия головного мозга. Отрицательные эмоции, возникающие при неприятных болевых ощущениях, приводят к тому, что животное в будущем стремится их избежать [5]. Систему мотивов и эмоций (”кнута и пряника”) используют при дрессировке животных.

Таким образом, целесообразное управление двигательной активностью как одноклеточных организмов, так и многоклеточных животных обеспечивается специальными системами, ”встроенными” в них в процессе эволюции.

Homo sapiens

Человек по своей природе является биологическим объектом, а по образу жизни — социальным. В отличие от тупиковой ветви общественных насекомых, социальный образ жизни людей открыл перед ними широкие перспективы дальнейшего развития, сказавшись и на их биологической природе. Движущей силой, превратившей первобытного человека в человека разумного, явились два взаимно дополняющих обстоятельства — его трудовая и познавательная деятельность. О пути становления разумного человека достаточно убедительно сказал Ф. Энгельс [6], хотя не все авторы с ним согласны (к сожалению, по фундаментальным проблемам науки отсутствуют непротиворечивые теории, нередко истину заменяют точки зрения и мнения отдельных ученых).

Стимулы жизненной активности и поведение человека принципиально отличаются от таковых даже у высокоорганизованных млекопитающих. Разумная трудовая деятельность людей обеспечивается получившей прогрессивное развитие корой головного мозга, хотя многие поведенческие реакции связаны и с другими его отделами. В своей модели триединого мозга американский ученый П. Мак-Лин (цит. по [7]) предлагает различать в центральной нервной системе человека ”нейрошасси”— комбинацию из спинного, заднего и среднего мозга, отвечающую за самовоспроизводство и самоподдержание организма, и расположенные над ним три типа его ”во- дителей”: рептильный комплекс (Р-комплекс), лимбическую систему и новую кору. Р-комплекс, сформировавшийся в период господства рептилий, играет роль в агрессивном поведении. Позднее возникшая лимбическая система управляет весельем, страхом, а также множеством тонких эмоций. И, наконец, новая кора — самое последнее эволюционное приобретение — обеспечивает мыслительную, рассудочную деятельность. Человек в своем индивидуальном развитии проходит три последовательные стадии преобладания функций этих частей мозга: Р-комплекса на ранней стадии (подростковая жестокость), лимбической системы в юношестве (романтический период) и новой коры (рассудочность взрослых и пожилых людей). Преобладание функции одной из частей головного мозга может повлиять на выбор рода деятельности человека: силовики (военные, работники органов правопорядка), люди искусства, ученые. Человечество исторически также прошло эти три стадии: варварство, нашедший отражение в искусстве романтизм и современный зрелый период (реализм, прагматизм), в котором должен возобладать рассудок над эмоциями, раздирающими государства и общества.

В процессе разумной трудовой деятельности человек расширял свои знания об окружающем мире, воздействовал на внешнюю среду, в определенной мере изменял ее, и у него возникло сознание отделенности от своего окружения. Сформировавшееся самосознание поставило перед человеком ”беспокойные” вопросы о своем месте в окружающем мире, о границах пространства и времени, о смысле жизни и другие. Труд позволил людям даже в условиях многократного увеличения их численности достаточно сносно удовлетворять биологические потребности, прежде всего в пище, используя те же мотивации, что и животные. Мотивации, которые относительно легко и гарантированно удовлетворяются, теряют свою остроту (стимул — остроконечная палка), поэтому для продолжения осмысленного существования человеку потребовался дополнительный стимул.

В связи с мощным развитием коры больших полушарий, обусловленным трудовой деятельностью, возникла новая, присущая только человеку разумному, мотивация познания, ставящая перед ним абстрактные вопросы и требующая их разрешения. Следует отметить, что общепринятое понимание разумности антропоцентрично, поскольку под ее обладателем подразумевается только человек, и требует, на наш взгляд, более широкого толкования. Важнейшим проявлением разумности системы является целесообразное поведение последней, направленное на ее сохранение в условиях действия повреждающих факторов. Мир системен, потому что системы (по крайней мере, биологические) обладают разумностью, то есть способностью к самосохранению. Системы, утратившие это свойство, распались. Разумность — внутренне присущее (имманентное) свойство систем, за которым стоят конкретные структуры и механизмы. Системы различаются лишь по степени разумности. Человек осознал свою разумность, другие системы сделать это не в состоянии, поэтому только он может оценить их разумность. Примечательно, что академик Ю.М. Васильев в серии своих статей под общим названием «Клетка как архитектурное чудо» [8], отмечая сложность поведенческих реакций в условиях in vitro соматических клеток животных (произошедших, как известно, от Protozoa), говорит о социальной разумности поведения каждой отдельной клетки, разумном реагировании ее на внешние сигналы, используя выделенные термины без кавычек.

Итак, достигнув достаточно высокой степени разумности и не будучи полностью удовлетворенными необходимостью до бесконечности служить только биологическим потребностям, люди стали пытаться найти себе достойное место в Природе, свое предназначение. Однако убедительного ответа найти не смогли, поэтому пришлось ограничиться мифами. Так у многих народов, включая славян, возникла языческая религия. Многобожие не противоречило сложившейся разрозненной системе государственного устройства, где каждый князь для подданных был своего рода земным богом. В сформировавшихся государствах, возглавляемых самодержавным правителем, политеизм вступал в диссонанс с существующей системой власти и заменялся на единобожие (монотеизм). Основанием для этой замены было главным образом не содержание религиозного учения, а соответствие религии формуле ”один бог — один властелин”, ибо ’помазанник божий” мог и сам от имени бога создавать нужные законы. Так было в Римской империи, так позднее произошло в России, перенявшей у Византии христианство в период правления Великого князя Киевского Владимира Святого.

Христианство является великой мировой религией, по времени возникновения занимающей среднее положение между двумя другими мировыми религиями — буддизмом и исламом. Центральной фигурой христианства, от которой произошло название, как и в двух других религиях, является обожествленная историческая личность — Иисус Христос, который решил вывести погрязшее в разврате, жестокости и торгашестве окружавшее его общество на путь праведной жизни. Для этого он создал учение, позднее изложенное в Новом Завете, которое вместе со своими учениками пропагандировал среди населения. Вероятно, реальные результаты внедрения в сознание людей этого учения были удручающими (”глас вопиющего в пустыне”), и Иисус Христос решил использовать последнюю попытку привлечь внимание к своему учению, добровольно отдав себя на суд высшего иудейского священства, приговорившего его к смерти. Окончательный приговор вынесла толпа (”Распни его!”), не поняв смысла самоотверженного поступка этого мужественного человека (’’Смертью смерть поправ...”).

Однако в период становления централизованных государств это учение оказалось востребованным. Переход от язычества к христианству занял достаточно продолжительное время и происходил в жесткой борьбе вначале язычников с христианами, а затем - наоборот. Так, в Древней Руси на рубеже XII и XIII веков устанавливается ’’двоеверие”— компромиссное равновесие языческих и православных элементов [9]. Православие, по сути, есть христианство с ритуальными элементами язычества, позволившими адаптировать его в нашем государстве. Иначе говоря, православие представляет собой христианство, ”оплодотворенное” славянским язычеством, которое слилось с ним, придав православию неповторимую национальную окраску. Иногда говорят, что русский народ остался ”двоеверным”, создав удивительный сплав христианства и язычества [10].

Христианские богословы утверждают, что Бог (Творец), который только один знает истину, через своего сына Иисуса Христа поведал людям истинное вероучение. Однако со временем христианство разделилось на православие, католицизм и протестантизм. В православии наблюдаются национальные различия (филетизм). Помимо этого возникло множество сект. И все они священную истину толкуют по-разному. Кроме того, одновременно с христианством существуют и другие религии, которые тоже претендуют на свое толкование истины. Получается, что существует одна истина и множество точек зрения на нее, причем неизвестно, какая же из них является верной.

Дело в том, что уже на ранней стадии своей истории человек различным образом стал отображать окружающий мир. Благодаря этой его способности, в частности, сформировались искусства, создающие виртуальный мир (да и само мышление является виртуальным моделированием). Последний может восприниматься человечеством как реально существующий и оказывать влияние на его поведение. Такой виртуальный мир в форме религиозных учений был создан и развит духовными элитами обществ, прежде всего, с благой целью избавить людей от неопределенности в вопросе о смысле жизни и направить их усилия по праведному пути. Отсюда и различия между религиями и течениями внутри них. На родство религии с искусством указывают средневековые мистерии, отголоски которых сохранились в некоторых ритуалах православия.

Почему же христианское учение до настоящего времени, когда давно уже распались принявшие его на вооружение империи, живет и процветает, вопреки успехам своего вечного антагониста — науки? Более того, появились попытки объединить науку с религией [11], а также создать единую мировую религию.

Наука и философия размывают религиозное восприятие мира, однако не дают понятного широким массам ответа на главные мировоззренческие вопросы, обрекая людей на бесцельное существование. Религия тоже не дает ответа на них. Она, подобно воинскому уставу, лишь учит людей, как нужно вести себя в земной жизни, чтобы в небесной жизни попасть в рай и не попасть в ад. Религия реализует принцип управления, известный под названием ”кнута и пряника”, где воздаянием за праведную жизнь будет рай, а за грешную жизнь — ад. Но жизнь в раю представляет собой приятное ничегонеделание, которое может прельстить лишь измученного работой человека, да и то только на некоторое время, после чего его опять потянет к труду. Небесный рай оказался слишком ”приземленным” для современного человека. Единственное и главное, что прельщает его в этом вознаграждении, — вечная жизнь (в потустороннем мире), а коли существование ее нельзя проверить, то остается только верить.

Христианство спасло Римскую империю времен Калигулы и Нерона (”Хлеба и зрелищ”) от окончательного разложения. Однако в современный период религиозные догматы стали малоубедительными, и безверие вновь пришло в человеческое общество.

В условиях удовлетворительной обеспеченности естественных биологических потребностей в обществе начинают набирать силу гедонистские настроения, признающие высшим благом и целью жизни наслаждение. Противоестественность гедонизма заключается в том, что он отвергает мотив деятельности вместе с получаемым результатом, оставляя лишь эмоциональное ’’вознаграждение” за несовершенный труд. Так, приятное чувство при утолении голода и отдыхе в естественных условиях является платой за совершенный труд, а сексуальное удовольствие — ”авансом” за будущую


29-04-2015, 03:12


Страницы: 1 2
Разделы сайта