Open Library - открытая библиотека учебной информации. Саморегуляция у растений

8 Уровни и системы регуляции у растений.

Регуляторные системы растений - системы восприятия и передачи внутренних и внешних сигналов. На внутриклеточном уровне это метаболическая, генетическая и мембранная системы регуляции, на межклеточном - трофическая, гормональная и электрофизиологическая системы. Уровни регуляции: организменный, тканевый, клеточный. Регуляция обеспечивает гомеостаз организма, то есть сохранение постоянства параметров внутренней среды; она необходима также для его развития и адаптации к изменяющимся условиям внешней среды. На всех уровнях организации гомеостаз обеспечивается обратными связями. Например, интенсивная транспирация, приводящая к дефициту воды в тканях листа, вызывает сужение устьичных отверстий, что снижает испарение и восстанавливает оптимальный водный режим растения.

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛЯЦИИ

Относятся: метаболическая, генетическая и мембранная системы регуляции. Все эти системы тесно связаны между собой. Во всех случаях белковая молекула (фермент, рецептор, регуляторный белок) "узнает" специфический для нее фактор и, взаимодействуя с ним, изменяет свою конфигурацию.

Метаболическая система регуляции основана на изменении функциональной активности ферментов. В живых клетках существуют несколько способов влиять на ферментативную активность - регуляция путем воздействия на ферменты ионной силой, рН, t°, P и др. Способы регуляции ферментов: аллостерическая, изостерическая, модификация структуры ферментов. У многих ферментов активация или инактивация зависит от их фосфорилирования с участием протеинкиназ или дефосфорилирования под действием протеинфосфатаз. Потенциально активные ферменты могут не функционировать из-за их компартментации (то есть расположения в специальных "отсеках" клетки), например в лизосомах. Инактивация ферментов может происходить благодаря их связыванию со специфическими ингибиторами белковой природы, а также путем их тотального разрушения протеиназами. Генетическая регуляция осуществляется в ходе синтеза новых белков, в том числе и ферментов, на уровне транскрипции, трансляции и процессинга. Молекулярные механизмы регуляции здесь те же (рН, ионы, модификация молекул, белки-регуляторы), однако сложность регуляторных систем возрастает. Роль генов состоит в хранении и передаче генетической информации. Дифференциальная активность генов зависит от действия различных факторов. Например, ауксин и цитокинины необходимы для индукции деления растительных клеток. Избыток ауксина в этой паре фитогормонов включает генетическую программу корнеобразования, а избыток цитокинина - программу развития побега. Для реализации генетической информации, хранящейся в ДНК хромосом, в клетке существует сложная система регуляции. Мембранная регуляция осуществляется благодаря изменениям в мембранном транспорте, связыванию или освобождению ферментов и регуляторных белков и путем изменения активности мембранных ферментов. Все функции мембран - барьерная, транспортная, осмотическая, энергетическая, рецепторно-регуляторная и др. - одновременно являются и различными сторонами механизма регуляции внутриклеточного обмена веществ. Причем особое значение во всех этих механизмах имеет система мембранных хемо-, фото- и механорецепторов, позволяющих клетке оценивать качественные и количественные изменения во внешней и внутренней среде и в соответствии с этим изменять функциональную активность клетки.

МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛЯЦИИ

Включают в себя трофическую, гормональную и электрофизиологическую системы. Такие взаимодействия сразу обнаруживаются при попытках культивировать те или иные части и органы растений в изолированном виде. Во всех случаях для поддержания жизни изолированных частей в инкубационную среду необходимо добавлять трофические и гормональные факторы, в норме поступающие из других органов целого растения. Трофическая регуляция - взаимодействие с помощью питательных веществ - наиболее простой способ связи между клетками, тканями и органами. У растений корни и другие гетеротрофные органы зависят от поступления ассимилятов - продуктов, образующихся в листьях в процессе фотосинтеза. В свою очередь, надземные части нуждаются в мин. в-ах и воде, поглощаемых корнями из почвы. Корни используют ассимиляты, поступающие из побега, на собственные нужды, а часть трансформированных орг. в-в движется в обратном направлении. Очевидно, витамины поступают в корни из побегов. Однако трофическая регуляция носит скорее количественный, чем качественный, характер. При ограниченном питании у растений, как правило, развитие продолжается в соответствии с внутренними закономерностями, но у них формируются органы уменьшенного размера и сокращается количество листьев, плодов и семян. Интересно, что при этом конечная величина сформировавшихся семян (даже если это одно семя) мало отличается от нормы. Все это указывает, что наряду с трофическими взаимодействиями в растительном мире функционируют более совершенные системы регуляции, обеспечивающие взаимодействие всех его частей. Гормональная система - важнейший фактор регуляции и управления у растений. Фитогормоны - ауксин (ИУК), цитокинины (зеатин), гиббереллины, АБК, этилен - сравнительно низкомолекулярные орг. в-ва с высокой физиологической активностью, присутствующие в тканях в очень низких концентрациях, с помощью которых клетки, ткани и органы взаимодействуют между собой. Как правило, фитогормоны вырабатываются в одних тканях, а действуют в других, однако в некоторых случаях они функционируют в тех же клетках, где образуются. Характерной особенностью фитогормонов, отличающей их от других физиологически активных веществ (витаминов, микроэлементов), является то, что они включают физиологические и морфогенетические программы - корнеобразование, созревание плодов и т.д. Активные формы фитогормонов действуют только на компетентные к этим фитогормонам клетки, то есть на клетки, в мембранах и цитоплазме которых присутствуют рецепторы специфические для этих фитогормонов. Взаимодействие фитогормона со своим рецептором запускает цепь реакций преобразования гормонального сигнала в функциональные ответы клетки. Эти ответы могут быть разными в зависимости от типа рецепторов, концентрации фитогормона и соотношения этой концентрации с уровнем других фитогормонов, а также от взаимосвязи рецептора с теми или другими молекулярными комплексами, участвующими в трансдукции гормонального сигнала. Электрофизиологич. система у раст. включает в себя возникновение градиентов биоэлектропотенциалов (БЭП) между разными частями растения и генерацию распространяющихся потенциалов (потенциала действия). Градиенты БЭП возникают благодаря различию величин мембранного потенциала (МП) в клетках разных тканей и органов растит. организма. Эти градиенты не остаются постоянными, а совершают медленные периодические колебания, обусловленные изменениями условий внутренней и внешней среды. Распространяющиеся потенциалы индуцируются, как правило, при резких и сильных воздействиях на клетки факторов внешней и внутренней среды. Как распространяющиеся потенциалы, так и градиенты БЭП у растений, выполняют информационные функции. Примером сигнальной функции электрических импульсов служит двигательная реакция у Mimosa (складывание листочков, опускание черешков и веток), которая запускается ПД. Наложение извне разности потенциалов на части растения оказывает влияние на интенсивность их роста.

Все системы регуляции тесно взаимосвязаны. Фитогормоны оказывают влияние на функциональную активность мембран и транспорт трофических факторов. Электрическая сигнализация действует на транспорт ионов, метаболитов, в том числе фитогормонов и т.д. Важно подчеркнуть, что межклеточные системы регуляции на клеточном уровне действуют только через внутриклеточные системы регуляции, то есть через метаболическую, генетическую и мембранную системы. Т. о. осуществляется принцип иерархии систем регуляции в целом растительном организме.

studfiles.net

Саморегуляция

Саморегуляция экосистем - важнейший фактор их существования - обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми связями между их компонентами, трофическими и энергетическими взаимоотношениями.[ ...]

Одним из самых характерных свойств живого является постоянство внутренней среды организма при изменяющихся внешних условиях. Регулируются температура тела, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т. д. Явление саморегуляции осуществляется не только на уровне всего организма, но и на уровне клетки. Кроме того, благодаря деятельности живых организмов саморегуляция присуща и биосфере в целом. Саморегуляция связана с такими свойствами живого, как наследственность и изменчивость.[ ...]

САМОРЕГУЛЯЦИЯ - способность природной (экологической) системы к восстановлению баланса внутренних свойств после к.-л. природного или антропогенного влияния. Основана на принципе обратной свлзи отдельных подсистем и экологических компонентов, составляющих природную систему.[ ...]

Суть саморегуляции у высших животных заключается в том, что при систематически меняющихся окружающих условиях сохраняется постоянство внутренней среды. Это выражается в поддержании постоялкой температуры тела, в постоянстве химического, ионного и газового состава, давления, частоты дыхания и сердечных сокращений, постоянном синтезе нужных веществ и разрушении вредных. Гомеостаз - важнейшее свойство организма - достигается благодаря совместной деятельности нервной, кровеносной, иммунной, эндокринной и пищеварительной систем.[ ...]

Часто саморегуляция заключается в перестройке активности внутренней среды организма с учетом фотопериодических условий (сброс листьев у растений, смена оперения у птиц, изменение активности в течение суток и т.д.). Установлено, что все эукариоты обладают биологическими часами и способны измерять суточные, лунные и сезонные циклы. Приспособлением многих видов организмов к неблагоприятным условиям жизни является ш-шоиоз - т.с. состояние, характеризующееся резким снижением или даже временным прекращением обмена веществ (зимняя спячка зверей). Все эти серьезные изменения являются типичными для конкретных видов и определяются их генотипом.[ ...]

Поскольку самовосстановление и саморегуляция являются природными свойствами экосистем, то почвы, воздух и вода в природных экосистемах способны к самоочищению. Однако из-за вымирания под натиском деятельности человека многих биологических видов — звеньев трофических цепей — экосистемы теряют способность к восстановлению и начинают разрушаться сами.[ ...]

Разнообразны проявления и механизмы саморегуляции на-дорганизменных систем - популяций и биоценозов. На этом уровне поддерживаются стабильность структуры популяций, составляющих биоценозы, их численность, регулируется динамика всех компонентов экосистем в изменяющихся условиях среды. Сама биосфера является примером поддержания гомеостатического состояния и проявлений саморегуляции живых систем.[ ...]

Природные почвенные экосистемы теряют способность к саморегуляции также в силу химического, механического, бактериального и физического загрязнения: отходами промышленности, сельского и коммунально-бытового хозяйства. В Москве площадь значительного загрязнения с 1977 по 1988 год увеличилась со 100 до 600 км2. В 6 раз возросло среднее содержание в почвах тяжелых металлов. Удаление и складирование твердых отходов - проблема любого городского хозяйства. В отвалы предприятий добывающей и перерабатывающей промышленности идет до 90% добытого из недр сырья, площадь отвалов составляет тысячи квадратных километров.[ ...]

Мерой экосистем являются процессы, протекающие в них, и саморегуляция этих процессов.[ ...]

Основными механизмами приспособления являются механизмы саморегуляции. Они действуют и на уровне клетки, и на уровне органа, системы и организма. В основе этих механизмов лежит следующее: продукты распада стимулируют синтез исходного вещества. Например, распад АТФ увеличивает содержание АДФ, а последняя повышает синтез АТФ, при этом тормозятся другие обменные процессы в клетке. Процесс клеточной саморегуляции не является автономным, он подчиняется регулирующему влиянию нервной, эндокринной и иммунной систем, осуществляющих нервный, гуморальный и клеточный контроль за постоянством внутренней среды организма. Включение различных уровней адаптации во многом зависит от интенсивности возмущающего действия, степени отклонения физиологических параметров (рис.6).[ ...]

В начале 60-х годов нашего столетия была предложена кот цепция саморегуляции популяций, согласно которой в процессе роста популяции изменяется не только и не столько качество среды, в которой существует эта популяция, сколько качество самих составляющих ее особей. Следовательно, суть концепции саморегуляции состоит в том, что любая популяция способна регулировать свою численность так, чтобы не подрывать возобновляемые ресурсы местообитания, и так, чтобы не потребовалось вмешательства каких-либо внешних факторов, например хищников или неблагоприятной среды.[ ...]

На высокой активности живого вещества основываются и процессы саморегуляции в биосфере. Продукция кислорода поддерживает наличие и мощность озонового экрана, а тем самым функционирование «фильтра» для энергии Солнца и космического излучения, регулирует в целом поток энергии, поступающей к земной поверхности и к живым организмам. Постоянство минерального состава океанических вод поддерживается деятельностью организмов, активно извлекающих отдельные элементы, что уравновешивает их приток с поступающим в океан речным стоком. Подобная регуляция осуществляется и во многих других процессах.[ ...]

СООБЩЕСТВО УСТОЙЧИВОЕ - биотическое сообщество, сохраняющее видовой состав и функциональные особенности в силу саморегуляции или постоянного воздействия внешнего управляющего фактора. Примером самоподдерживающихся С. у. могут служить климаксовые и узловые сообщества, а поддерживаемых извне - параклимаксы.[ ...]

Экосистемы сложились в процессе длительной эволюции, и они являются слаженными, устойчивыми механизмами, способными путем саморегуляции противостоять как изменениям в среде, так и изменению в численности организмов.[ ...]

Регуляторные свойства. Отмечалось ранее, что одним из основных условий существования сложных систем служит их способность к саморегуляции, которая возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что отклонение системы от нормального состояния приводит в действие такие присущие ей механизмы, которые «пытаются» возвратить её в норму. Так, возрастание численности жертв приводит к увеличению численности хищников и паразитов. Рост плотности популяции выше определенного уровня, в свою очередь, так изменяет связи внутри вида, что снижается его воспроизводительная способность или усиливается рассредоточение особей в пространстве. Подчеркнем, что саморегуляция происходит тем успешнее, чем выше разнообразие видов в биоценозах и чем сложнее структура популяций.[ ...]

Значительные преобразования внутри биомов и смещение в них равновесия между экосистемами низшего порядка неминуемо вызывают саморегуляцию на высшем уровне. Это отражается на многих природных процессах - от изменения глубины залегания грунтовых вод до перераспределения воздушных потоков. Аналогичное явление наблюдается и на уровне очень крупных систем биосферы при изменении соотношения между территориями биомов. В ходе освоения земель, в самом широком понимании этого слова, нарушается и компонентное, и территориальное равновесие. До определенной степени это допустимо и даже необходимо, ибо только в неравновесном состоянии экосистемы способны давать полезную продукцию (вспомним формулу чистой продукции сообщества). Но не зная меры, человек стремится получить больше, чем может дать природа, забывая, что запасы имеют фундамент из великого множества элементов, пока не входящих в понятие «ресурсы».[ ...]

По своей сути сверхпроводимость, свойственная ион-радикальным формам соединений, является глобальным явлением, обеспечивающим космоземные связи и саморегуляцию на планете. Иначе говоря, Космос и Земля, человек и природа являются макроскопическими квантовыми объектами, подобными орбиталям электронов в атоме.[ ...]

Большинство природных экосистем образовались в ходе длительной эволюции в результате длительного процесса адаптации видов к среде обитания. В результате саморегуляции экосистема способна в определенных пределах противостоять изменяющимся условиям жизни или внезапному изменению плотности популяции.[ ...]

Главная цель экологического дизайна, — это конструирование динамического экологического равновесия природно-технической системы, стимуляция развития внутренних связей саморегуляции природной системы, исключение возможностей эксплуатации объектов при угрозе загрязнения и нарушения экологического равновесия.[ ...]

Таким образом, под экологическим равновесием при развитии процессов урбанизации мы будем понимать такое динамическое состояние природной среды, при котором обеспечиваются саморегуляция и воспроизводство основных, ее компонентов — атмосферного воздуха, водных ресур-срв, почвенного покрова, растительности и животного мира.[ ...]

Основными задачами в указанной сфере являются сохранение и восстановление ландшафтного и биологического разнообразия, достаточного для поддержания способности природных систем к саморегуляции и компенсации последствий антропогенной деятельности.[ ...]

Одной из основных задач инженерной экологии является создание таких методов и средств формирования и управления ПТГ, которые обеспечивали бы их функционирование, не нарушая механизмов саморегуляции объектов биосферы и естественного баланса природообразующих геосфер. В этой связи перед авторами стояла задача проработать и систематизировать обширный круг инженерно-прикладных вопросов, формирующих необходимую базу знаний современного инженера.[ ...]

Гомеостаз(ис) - состояние подвижного равновесия (постоянного и устойчивого неравновесия) reo-, экосистемы, поддерживаемое сложными приспособительными реакциями, постоянной функциональной саморегуляцией природных систем.[ ...]

Стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, а возможности сохранения потенциального гомеостаза, т. е. способности саморегуляции и экосистем в условиях антропогенного воздействия, серьезно подорваны, получила название экологического кризиса.[ ...]

Изначально Homo sapiens жил в окружающей природной среде, как и все консументы экосистемы, и был практически незащищен от действия ее лимитирующих экологических факторов. Первобытный человек был подвержен тем же факторам регуляции и саморегуляции экосистемы, что и весь животный мир, продолжительность его жизни была небольшой, и весьма низкой была плотность популяции. Главными из ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли патогенные (вызывающие болезни) воздействия природного характера. Особое значение среди них имели инфекционные болезни, отличающиеся, как правило, природной очаговостью.[ ...]

Размер системы, или характерный размер системы,— это пространственная ее протяженность (объем, площадь) или масса, а также минимальное (максимальное) число подсистем, позволяющее системе существовать и функционировать с осуществлением саморегуляции и самовосстановления в рамках своего характерного времени. Системное время (характерное, или собственное, время системы) — это время, рассматриваемое в рамках периода существования данной системы и/или происходящих в ней процессов. Эти процессы ограничены термодинамикой системы, ее функциональными особенностями. Сочетание цели системы, ее характерного времени и пространства создает предпосылки для действия закона оптимальности, разобранного в разд. 3.2.1. В то же самое время, поскольку системы с одной и той же функциональной целью, формируемой обратными связями, располагаются на одном уровне иерархии и поэтому ограничены однотипным характерным временем и пространством, их построение подчинено одному ряду внутренних закономерностей. Это — смысловое «третье измерение» табл. 2.1, упомянутое в главе 2.[ ...]

Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изменялась под воздействием различных природных процессов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Достигалось это посредством сложного механизма круговорота веществ, рассмотренного нами во втором разделе.[ ...]

Природопользование может быть «жестким», командным, пренебрегающим учетом естественных процессов или даже грубо нарушающим их с помощью технических средств, а может быть «мягким», основанным на воздействии через естественные механизмы саморегуляции экосистем, т.е. способности последних к восстановлению своих свойств после антропогенного воздействия.[ ...]

Биоцентризм (экоцентризм) — воззрение, согласно которому (в противоположность антропоцентризму): взаимодействие человеческого общества с живой природой должно быть подчинено экологическому императиву — требованию сохранения целостности саморегуляции биосферы.[ ...]

Отличительная особенность экосферы - наличие гомеостазиса, то-есть состояния внутреннего динамического равновесия системы, поддерживаемого регулярным возобновлением ее структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов.[ ...]

В связи с поисками выхода из, экологического кризиса активизировались попытки построить научную теорию взаимодействия природы и общества. Идет научный поиск основных законов оптимизации взаимодействия общества и природы, которые стали бы законами саморегуляции системы «общество—природа». Среди этих законов центральное место принадлежит закону оптимального соответствия характера общественного развития состоянию природной среды.[ ...]

Биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с исторически сложившимся определенным составом живых организмов и компонентами неживой природы (почвой, атмосферой, климатом, солнечной энергией), характеризующийся относительной устойчивостью и саморегуляцией (рис. 93). Биогеоценоз представляет собой как бы элементарную структуру, «клеточку» биосферы. Между отдельными биогеоценозами имеются тесные связи, в результате которых образуется единый биогеоценотический покров Земли.[ ...]

ЭКОСИСТЕМА —совокупность биотических и косных составляющих, которая, используя внешний поток энергии, создает более сильные связи (обмен веществом и информацией) внутри себя, чем между рассматриваемой совокупностью и ее окружением, что обеспечивает неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических составляющих.[ ...]

В лесу число видов животных значительно больше, чем растений. Однако высокая продуктивность (до 10 т на 1 га ежегодно) продуцентов значительно перекрывает биомассу всех животных (около 10 кг на 1 га). Поэтому используется лишь 10—20 % ежегодного прироста растений. Это соотношение поддерживается автоматически. Саморегуляция позволяет сохранять видовой состав и численность. Однако иногда насекомые-вредители леса размножаются в огромных количествах, уничтожая всю листву (непарный шелкопряд, листовертки). Немалая часть биомассы ежегодно минерализуется. Это растительный опад и остатки животных, которыми питаются редуценты. К ним относятся личинки мух-падалыци-ков, черви, жуки, бактерии, грибы.[ ...]

Каждый из «блоков» экосистемы в значительной степени является азональным - вследствие преобладания процессов окультуривания и рекультивации созданных человеком почвенных конструкции и определенной агротехники ухода за растениями. Они заведомо отличаются от природных, в которых преобладают естественные факторы саморегуляции и естественного отбора. Растительность подобных искусственных экосистем обладает высоким разнообразием устойчивых в городских условиях декоративных видов, как аборигенных, так и интро-дуцированных. Устойчивость биоразнообразия поддерживается не только подбором устойчивых видов, но и особенностями размещения посадок, обеспечивающими максимальную экологическую емкость территории для фауны.[ ...]

Некоторые исследователи при определении предмета социальной экологии склонны особо отмечать ту роль, которую эта молодая наука призвана сыграть в гармонизации взаимоотношений человечества со средой своего обитания. По мнению Э.В.Гиру-сова, социальная экология должна изучать прежде всего законы общества и природы, под которыми он понимает законы саморегуляции биосферы, реализуемые человеком в его жизнедеятельности.[ ...]

Вместе с тем в рамках эволюции крупных космических систем (например, Солнечной), очевидно, действует закон неограниченности прогресса: развитие от простого к сложному эволюционно неограничено. Абсолютизировать эту закономерность не стоит. Прогресс неограничен лишь при очень значительных усилиях и саморегуляции как ведущем факторе развития. Он требует постоянных жертв, число которых также ограничено пределами разумной достаточности, а длительность «неограниченности» все же лимитирована эволюционными рамками. Для Земли это время существования самой планеты. Так что можно говорить лишь о квазинеограниченности прогресса любых систем Земли.[ ...]

Эмпирические наблюдения подводят к формулировке аксиомы, или закона системного сепаратизма: разнокачественные составляющие системы всегда структурно независимы. Между ними существует функциональная связь, может быть взимопроникновение элементов, но это не лишает целостностей, входящих в систему, структурной самостоятельности при общности «цели» — сложения и саморегуляции общей системы. Например, организм состоит из органов. Каждый из них «не заинтересован» в ухудшении работы другого органа или в уменьшении его размеров. Наоборот, в составе системы организма каждый орган тесно связан с другими гумо-рально и общей судьбой. Вместе с тем, печень не может быть частью сердца, но лишь функциональной составляющей пищеварительной системы. Таковы же взаимоотношения в любых системах, в том числе в социальном их ряде, хотя это не всегда осознается. Границы могут быть не столь четки, как в организме между органами (хотя и в нем они достаточно размыты). Например, государства в истории неоднократно укрупнялись, входя друг в друга, и разукрупнялись. Однако в конечном итоге империи распадались в силу действия закона оптимальности (см. ниже) размеров и неизбежного сепаратизма наций и народов, этносов. Это не противоречит экономическому и даже политическому объединению государств на основе «гуморальной» связи мирового рынка. Общемировое единое государство как структурно гомогенное образование также невозможно, как не может быть высшего организма из аморфного клеточного вещества, недифференцированных тканей и т. п. «Плавильный котел» наций возможен лишь как юридическое, но не физическое состояние, если речь не идет о тысячелетиях.[ ...]

При всех колебаниях числа составляющих оно подчиняется действию закона избыточности системных элементов при минимуме числа вариантов организации: многие динамические системы стремятся к относительной избыточности основных своих составляющих при минимуме вариантов организации. Избыточность числа элементов нередко служит непременным условием существования системы, ее качественно-количественной саморегуляции и стабилизации надежности, обеспечивает ее квазирав-новесное состояние. В то же время число вариантов организации жестко лимитировано. Природа часто «повторяется», ее «фантазия», если говорить не о числе и разнообразии однотипных элементов, а о количестве самих типов организации, очень ограничена. Отсюда многочисленные структурные аналогии и гомологии, однопорядковые формы организации общественных процессов и т. п.[ ...]

Особенность иерархических систем управления заключается в том, что информация о состоянии объекта контроля может быть получена лишь с нижних уровней управляемой системы. А это предопределяет особые (основанные на доверии) отношения между контролирующей и управляющей системами и системой производства. Отсюда концепция современных информационно-управляющих природоохранных систем основывается на знании законов саморегуляции природных систем, на знании возможного предела вмешательства человека в эти саморегулируемые системы, за которым — необратимые катастрофические последствия.[ ...]

Природопользование может быть нерациональным и рациональным. Нерациональное природопользование не обеспечивает сохранение природно-ресурсного потенциала, ведет к оскудению и ухудшению качества природной среды, сопровождается загрязнением и истощением природных систем, нарушением экологического равновесия и разрушением экосистем. Рациональное природопользование озпячаегт комплексное научно-обоснованное использование природных богатств, при котором достигается максимально возможное сохранение природно-ресурсного потенциала, при минимальном нарушении способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.[ ...]

Для управления экосистемами не требуется регуляция извне — это саморегулирующаяся система. Саморегулирующий гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов. Один из них — субсистема «хищник—жертва» (рис. 5.3). Между условно выделенными кибернетическими блоками управление осуществляется посредством положительных и отрицательных связей. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», например, ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции Хищников. Эта кибернетическая схема (рис. 5.3а) отлично иллюстрирует процесс коэволюции в системе «хищник—жертва», так как в этой «связке» развиваются и взаимные адаптационные процессы (см. рис. 3.5). Если в эту систему яе вмешиваются другие факторы (например, человек.уничтожил хищника), то результат саморегуляции будет описываться гомеостатическим плато (рис. 5.3 б) — областью отрицательных связей, а при нарушении системы начинают преобладать обратные положительные связи, что может привести к гибели системы.[ ...]

Очень краткое определение экологической системы (экосистемы) — пространственно ограниченное взаимодействие организмов и окружающей их среды. Ограничение может быть физико-химическим (например, граница капли воды, пруда, озера, острова, пределов биосферы Земли в целом) или связанным с круговоротом веществ, интенсивность которого внутри экосистемы выше, чем между нею и внешним миром. В последнем случае границы экосистемы размыты, имеется более или менее широкая переходная полоса. Так как все экосистемы составляют иерархию в составе биосферы планеты и функционально связаны между собой, имеется непрерывный континуум (как сказано выше, он проблематичен между сушей и океаном). Прерывность и непрерывность сосуществуют одновременно. Об этом уже было упомянуто в главе 2. Там же была приведена схема экологических компонентов экосистемы (рис. 2.4). Это позволяет здесь дать лишь ее развернутое определение: информационно саморазвиваю-щаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах характерного для определенного участка биосферы времени и пространства (включая биосферу в целом) обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих.[ ...]

ru-ecology.info

Саморегуляция фотосинтеза растений

Для создания высокопродуктивных растений большое значение имеет познание и раскрытие эндогенной регуляции физиологических процессов, в частности фотосинтеза.

Интенсивность фотосинтеза регулируется и самим растением. Саморегуляция затрагивает все процессы фотосинтеза: физические, фотохимические, биохимические.

Важнейшим регулятором одного из физических процессов – поступления (диффузия) СО2, служит устьичный аппарат. Изменяя величину устьичных щелей, растение одновременно контролирует поступление СО2 в лист и его водный гомеостаз.

В регулировании устьичных движений принимает участие гидродинамическая система. Во всех случаях, когда хотя бы на небольшое время движение воды из корней в лист тормозится, происходит индукция фотосинтеза, он активируется. В этом случае роль сигнальной системы между корнем и листом выполняет вода.

Движение хлоропластов, их размещение поперек и вдоль клеточных стенок изменяет скорость другого физического процесса: поглощение света пигментами. От количества поглощенного света зависит скорость фотохимических процессов.

Транспорт электронов, который является одновременно и фотохимическим и физическим процессом, зависит от состояния хлоропластов. Набухание или сжатие хлоропластов, которые определяются направлением водообмена между органеллами и цитоплазмой, вызывает изменение расстояния между молекулами в тилакоидных мембранах, что приводит к нарушению транспорта электронов, а это значит, к уменьшению синтеза АТФ и восстановления НАДФ+.

Скорость и направленность биохимических процессов изменяются в результате конформационной перестройки молекул ферментов. Ряд ферментов входят в состав тилакоидных мембран и в результате структурных перестроек происходит изменение их активности. В этом случае отмечается их влияние на транспорт электронов, сопряжение электронов с фосфорилированием; все это уменьшает синтез АТФ, восстановление НАДФ+ и тормозит восстановление СО2. Биохимические процессы зависят также и от скорости карбоксилирования акцептора СО2 – рибулозодифосфата и фосфоенолпирувата. Карбоксилирование может отставать от световой реакции фотосинтеза и становится «узким местом», лимитирующим цикл Кальвина в целом.

Быстро идущие темновые реакции приводят к образованию первичного крахмала, который откладывается в хлоропластах. Образующиеся в хлоропластах крахмальные зерна сжимают тилакоиды. Это нарушает транспорт электронов. В результате торможения световой реакции фотосинтеза наблюдается недостаток АТФ и НАДФН; это, в свою очередь, оказывает влияние на синтез органических веществ. Синтез органических веществ, в том числе и крахмала, тормозится. Видна «обратная связь»: быстрый ход темновых реакций фотосинтеза вызывает торможение световой стадии, а торможение последней вызывает изменение скорости темновой фазы, т. е. С3-цикла.

Фотосинтеза в определенной степени зависит от наследственности растительного организма. Мы говорили, что максимальная интенсивность фотосинтеза разная для С3-, С4-растений и растений САМ-типа, т.е. зависит от способа восстановления углекислого газа.

Необходимо также помнить, что формирование хлоропластов находится под контролем ядерной хлоропластной ДНК, т. е. контролируется генной системой.

Дифференциация хлоропластов контролируется и гормональной системой. Обработка стареющего листа одним из гормонов роста – цитокинином – приводит к образованию новых тилакоидов и восстановлению фотосинтетической активности хлоропластов.

Саморегуляция фотосинтеза происходит на всех уровнях: клеточном и субклеточном, органом, организменном, на уровне популяции (посев, посадка, плантация и т. д.). Недостаточная скорость оттока продуктов фотосинтеза из хлоропластов в цитоплазму, из фотосинтезирующей клетки –  в проводящие пучки листа, а из последнего – в другие органы приводит к накоплению в листовой пластинке ассимилятов, в частности крахмала, о влиянии которого на фотосинтез (ингибирование) уже говорили.

biofile.ru

Саморегуляция в биологии

Саморегуляция в биологии — свойство биологичес­ких систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном, относительно постоянном уровне те или иные физиологические и другие биологические показате­ли.

Организм представляет собой сложную систему, способную к саморегуляции. Саморегуляция позволяет орга­низму эффективно приспосабливаться к изменениям окру­жающей среды. Способность к саморегуляции в сильной степени выражена у высших позвоночных, особенно у млекопитающих. Достигается это благодаря мощному раз­витию нервной, кровеносной, иммунной, эндокринной, пищеварительной систем.

Изменение условий с неизбежностью влечет за собой перестройку их работы. Например, нехватка кислорода в воздухе приводит к интенсификации работы кровеносной системы, учащается пульс, возрастает количество гемогло­бина в крови. В результате организм приспосабливается к изменившимся условиям.

Постоянство внутренней среды при систематически меняющихся окружающих условиях создается совместной деятельностью всех систем организма. У высших животных это выражается в поддержании постоянной температуры тела, в постоянстве химического, ионного и газового со­става, давления, частоты дыхания и сердечных сокраще­ний, постоянном синтезе нужных веществ и разрушении вредных.

Обмен веществ — обязательное условие и способ под­держания стабильности организации живого. Без обмена веществ невозможно существование живого организма. Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой — неотъемлемое свойство живого.

Особую роль в поддержании постоянства внутренней среды (гомеостаза) играет иммунная (защитная) система. Русский ученый И.И.Мечников был одним из первых биологов, доказавших ее огромную важность. Клетки им­мунной системы выделяют специальные белки антитела — которые активно обнаруживают и уничтожают все чужое для данного организма.

Примеры саморегуляции на клеточном уровне — само­сборка клеточных органелл из биологических макромоле­кул, поддержание определенного значения трансмембран­ного потенциала у возбудимых клеток и закономерная временная и пространственная последовательность ион­ных потоков при возбуждении клеточной мембраны.

 На надклеточном уровне — самоорганизация разнородных клеток в упорядоченные клеточные ассоциации.

Большинство органов способно к внутриорганной саморегуляции функций; например, внутрисердечные рефлекторные дуги обеспечивают закономерные соотношения давления в по­лостях сердца.

Разнообразны проявления и механизмы саморегуля­ции в популяциях (сохранение и регуляция видового уровня) и биоценозах (регуляция численности популяций, соотно­шение полов в них, старение и смерть особей). Крупные сообщества — устойчивые системы, некоторые из них существуют без заметных изменений сотни и тысячи лет. Но само сообщество — это не просто сумма составляющих его видов. Межвидовые взаимодействия регулируют чис­ленность разных видов, входящих в состав сообщества. Все вместе составляет саморегуляцию.

Все вместе составляет саморегуляцию.

www.bioaa.info

Саморегуляция жизненных функций организмов

Биология Саморегуляция жизненных функций организмов

просмотров - 1117

Понятие о саморегуляции. Саморегуляция (авторегуляция)– способность живых организмов поддерживать постоянство своей структуры, химического состава и интенсивность физиологических процессов. К примеру хлоропласты способны к самостоятельному передвижению в клетках под влиянием света͵ поскольку они очень чувствительны к нему. В солнечный яркий день при большой интенсивности света хлоропласты располагаются вдоль клеточной оболочки, как бы стараясь избежать действия сильного света. В пасмурные облачные дни хлоропласты располагаются по всœей поверхности цитоплазмы клетки, чтобы поглощать больше солнечных лучей (рис. ). Переход хлоропластов из одного положения в другое под влиянием света совершается благодаря клеточной регуляции.

Саморегуляция осуществляется по принципу обратной связи, подобно тому как, к примеру, осуществляется поддержание постоянной температуры в термостате. В этом приборе существует следующая причинная зависимость терморегуляции:

Выключатель – нагрев – температура.

Путем включения и выключения можно от руки регулировать температуру. В термостате это осуществляется автоматически, через измеряющий температуру регулятор, включающий или выключающий нагрев в соответствии с показаниями. Температура влияет на выключатель через регулятор и в системе устанавливается обратная связь:

Выключатель – нагрев – температура –

регулятор

Сигналом для включения той или иной регуляционной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы, проникновение во внутреннюю среду организма чужеродного вещества и т.д.

Регуляция процессов метаболизма. Образование и концентрация любого продукта обмена веществ в клетке определяется следующей причинной зависимостью:

ДНК – фермент – продукт.

ДНК запускает определœенным образом синтез ферментов. Ферменты в свою очередь катализируют образование и превращение продукта. Образующийся продукт может оказывать влияние на цепь реакций через нуклеиновые кислоты (генная регуляция) или через ферменты (ферментная регуляция):

ДНК – фермент – продукт

ДНК – фермент – продукт[VV137] .

Ранее мы уже рассматривали регуляцию процессов транскрипции и трансляции (см. § 33 ), которая является примером саморегуляции.

Или другой пример. В результате энергопотребляющих реакций (синтез различные различных синтезы веществ, поглощение веществ из окружающей среды, рост, делœение клеток и т.п.) концентрация АТФ в клетках уменьшается, а АДФ соответственно возрастает (АТФ – АДФ + Ф). Накопление АДФ активирует работу дыхательных ферментов и дыхательные процессы в целом, и таким образом, усиление генерации энергии в клетке (рис. ).

Регуляция функций у растений. Функции растительного орга­низма (рост, развитие, обмен веществ и др.) регули­руются с помощью биологически активных веществ — фитогормонов (см. § 8). В незначительных количествах они могут ускорять или замедлять различные жиз­ненные функции растений (делœение клеток, про­растание семян и др.). Фитогормоны образуются определœенными клетками и транспортируются к месту их действия по проводящим тканям или непо­средственно от одной клетки к другой.

Растения способны воспринимать изменения в окру­жающей среде и определœенным образом реагировать на них. Такие реакции получили название тропизмов и настий.

Тропизмы (от греч. тропос - поворот, из­менение направления) — это ростовые движения ор­ганов растений в ответ на раздражитель, имеющий определœенную направленность. Эти движения могут осуществляться как в сторону раздражителя, так и в противоположную. Οʜᴎ являются резуль­татом неравномерного делœения клеток на разных сторонах этих органов в ответ на действие фитогормонов роста.

Настии (от греч. настое - уплотненный) - это движения органов растений в ответ на действие раздражителя, не имеющего определœенного на­правления (к примеру, изменение освещенности, тем­пературы). Примером настий может служить раскры­вание и закрывание венчика цветка в зависимости от освещенности, складывание листьев при изменении температуры. Настии бывают обуслов­лены растяжением органов вследствие неравномер­ного их роста или изменением давления в определœенных группах клеток в результате изменений концен­трации клеточного сока.

Регуляция жизненных функций орга­низма животных. Жизненные функции организма животных в целом, отдельных его органов и систем, согласованность их деятельности, поддержание определœенного физиоло­гического состояния и гомеостаза регулируютнервная и эндокринная системы. Эти системы функционально взаимосвяза­ны между собой и влияют на деятельность друг друга.

Нервная системарегулирует жизненные функ­ции организма с помощью нервных импульсов, имеющих электрическую природу. Нервные импу­льсы передаются от рецепторов к определœенным центрам нервной системы, где осуществляется их анализ и синтез, а также формируются соответству­ющие реакции. От этих центров нервные импульсы направляются к рабочим органам, изменяя опреде­ленным образом их деятельность.

Нервная система способна быстро воспринимать изменения, происходящие во внешней и внутренней среде организма, и быстро на них реагировать. Вспо­мним, что реакцию организма на раздражители вне­шней и внутренней среды, осуществляющуюся при участии нервной системы, называют рефлексом (от лат. рефлексус — повернутый назад, отраженный). Следовательно, нервной системе свойствен рефлекто­рный принцип деятельности. В основе сложной аналитико-синтетической деятельности нервных центров лежат процессы возникновения нервного во­збуждения и его торможения. Именно на этих процес­сах основывается высшая нервная деятельность человека и некоторых животных, обеспечивающая совершенное приспособление к изменениям в окружа­ющей среде.

Ведущая роль в гуморальной регуляции жизненных функций организма принадлежит системе желœез внутренней секреции.Эти желœезы развиты у боль­шинства групп животных. Οʜᴎ не связаны пространст­венно, их работа согласовывается или благодаря нервной регуляции, или же гормоны, вырабатываемые одними из них, влияют на работу других. В свою очередь, гормо­ны, выделяемые желœезами внутренней секреции, влия­ют на деятельность нервной системы.

Особое место в регуляции функций организма жи­вотных принадлежит нейрогормонам — биологичес­ки активным веществам, вырабатываемым особыми клетками нервной ткани. Такие клетки выявлены у всœех животных, имеющих нервную систему. Нейрогормоны поступают в кровь, межклеточную или спинномозговую жидкость и транспортируются ими к тем органам, работу которых они регулируют.

У позвоночных животных и человека существует тесная связь между гипоталамусом (отдел промежу­точного мозга) и гипофизом (желœеза внутренней секреции, связанная с промежуточным мозгом). Вместе они составляют гипоталамо-гипофизарную систему. Эта связь состоит по сути в том, что синтезированные клетками гипоталамуса нейрогормоны поступают по кровеносным сосудам в перед­нюю долю гипофиза. Там нейрогормоны стимулируют или тормозят выработку определœенных гормонов, влияющих на деятельность других желœез внутрен­ней секреции. Основное биологическое значение гипоталамо-гипофизарной системы — осуществление совершенной регуляции вегетативных функций ор­ганизма и процессов размножения. Благодаря этой системе работа желœез внутренней секреции может быстро изменяться под влиянием раздражителœей внешней среды, которые воспринимаются органами чувств и обрабатываются в нервных центрах.

Гуморальная регуляция может осуществляться и с помощью других биологически активных веществ. К примеру, изменение концентрации углекислого газа в крови влияет на деятельность дыхательного центра головного мозга наземных позвоночных жи­вотных, а ионов кальция и калия — на работу сердца.

Регуляционные системы непрерывно контролируют состояние организма, автоматически поддерживая его параметры на почти постоянном уровне, даже в условиях неблагоприятных внешних воздействий. В случае если под воздействием какого-либо фактора состояние клетки или органа изменяется, то это удивительное свойство помогает им вернуться вновь в нормальное состояние. В качестве примера механизма работы таких регуляторных систем рассмотрим реакцию организма человека на физические нагрузки.

Реакция на физическую нагрузку.При интенсивной физической нагрузке нервная система посылает сигналы в мозговое вещество надпочечников — эндо­кринных желœез, лежащих над почками[VV138] . Эти желœезы выделяют в кровь гормон адреналин.

Под действием адреналина из селœезенки[VV139] в сосуды поступает неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ количество депонированной в ней крови, в результате чего объем перифериче­ской крови увеличивается. Адреналин вызывает также расширение капилляров кожи, мышц и сердца, увеличивая их кровоснабжение. При физической нагруз­ке сердце должно работать более интенсивно, перекачивая больше крови; мы­шцы должны приводить в движение конечности; кожа должна выделять боль­ше пота͵ чтобы отвести излишек тепла, образующегося в результате интенсивной работы мышц. Адреналин вызывает также сужение кровеносных сосудов брюшной полости и почек, уменьшая их кровенаполнение. Такое перераспределœение крови позволяет поддерживать кровяное давление на нор­мальном уровне (при расширенном русле крови для этого оказывается недостаточно[VV140] ).

Адреналин повышает также частоту дыхания и сокращений сердца. В ре­зультате поступление в кровь кислорода и выведение из нее углекислого газа происходит быстрее, кровь движется по сосудам также быстрее, доставляя больше кислорода интенсивно работающим мышцам и ускоряя удаление ко­нечных продуктов обмена.

При физической нагрузке мышцы выделяют больше углекислого газа, чем обычно, и это само по себе обладает регуляторным воздействием. Углекислый газ повышает кислотность крови, что влечет за собой усиление снабжения мышц кислородом и расширение кровеносных сосудов мышц, а также стимулирует нервную систему к увеличению выделœения адреналина, что в свою очередь повышает частоту дыхания и пульса (рис. ).

На первый взгляд всœе эти приспособления к физической нагрузке должны изменять состояние организма, однако в действительности они обеспечивают сохранение того же состава внеклеточной жидкости, омывающей всœе клетки организма, и в особенности мозг, каким он был бы без нагрузки. В случае если бы не было этих приспособлений, физическая нагрузка приводила бы к повышению температуры внеклеточной жидкости, к уменьшению концентрации в ней кис­лорода и к повышению ее кислотности. При крайне тяжелой физической на­грузке всœе это и происходит; в мышцах накапливается кислота͵ вызывая судо­роги. Сами судороги также несут регуляторную функцию, пресекая возмож­ность дальнейшей физической работы и давая возможность организму вернуться в нормальное состояние.

s1. Какие регуляторные системы существуют в живом организме? 2. Как осуществляется регуляция жизненных функций в организме? 3. Что такое гомеостаз и какие механизмы его поддержания вам известны? 4. Что общего и отли­чного между нервной и гуморальной регуляцией? 5.Какая связь существует между нервной системой и системой желœез внутренней секреции? 6. Какие изменения происходят в кровеносной системе организма человека при физических нагрузках? Каким образом осуществляется регуляция этих изменений? 7. Вспомните из курса биологии 9 класса, какие возможны нарушения функционирования организма человека в результате нарушения взаимосвязей между нервной системой и системой желœез внутренней секреции?

§ 35. Иммунная регуляция[VV141]

Важную роль в обеспечении жизнедеятельности организма играет иммунная система. Как вы уже зна­ете, иммунитет(от лат. иммунитас – невосприимчивость) – способность организма защищать собственную целостность, его невосприимчивость к возбудителям некоторых заболеваний. В создании иммунитета принимают участие специфические и неспецифические механизмы.

Кнеспецифическим механизмам иммуните­таотносятся барьерная функция кожного эпителия и слизистых оболочек внутренних органов; бактери­цидное действие некоторых ферментов (к примеру, некоторые ферменты слюны, слезной жидкости, гемолимфы членистоногих) и кислот (выделяемых с секретом потовых и сальных желœез, желœез слизистой оболочки желудка). Эту функцию выполняют также клетки разных тканей, способные обезвреживать чужеродные для данного организма частицы и мик­роорганизмы.

Специфические механизмы иммунитетаобеспечиваются иммунной системой, которая узнает и обезвреживает антигены (от греч. анти — против и генезис - происхождение) — химические вещества, вырабатываемые клетками или входящие в состав их структур, либо микроорганизмы, воспринимае­мые организмом как чужеродные и вызывающие иммунный ответ с его стороны.

oplib.ru

Колебания в экосистемах, и как Природа себя регулирует?

portaleco.ru

Саморегуляция и старение организма

В чем сущность старения? В чем тайна этого процесса, который неизбежен для живого? Сейчас существует более 200 гипотез, пытающихся объяснить механизм старения. Но количество гипотез, как известно, обратно пропорционально ясности вопроса. Эта зависимость справедлива и для проблемы долголетия. Вместе с тем крупные успехи биологии последних лет позволяют надеяться, что мы находимся в преддверии бурного развития наших знаний о сущности старения.

Исследователи сейчас ведут поиски механизмов старения на разных уровнях жизненных явлений — молекулярном, клеточном и на уровне целостного организма. Однако при всем многообразии проявлений жизни на всех этих этапах существует ряд закономерностей, свойственных любой живой системе. Одна из них — принцип саморегуляции — в последнее время привлекает все большее внимание исследователей. Система эндокринных желез, сердечно-сосудистая и дыхательная системы, весь организм в целом — все это саморегулирующиеся системы. Именно саморегуляция позволяет организму в различные возрастные периоды по-разному приспосабливаться к окружающей среде.

Подавляющее большинство исследователей стремится выяснить, какие изменения наступают в организме при его старении. Вместе с тем не менее важно установить, что же не изменяется в старости и почему. Ученые выяснили, например, что онкотическое и осмотическое давление, уровень сахара в крови, распределение ряда ионов в клетках, количество кровяных элементов и некоторые другие показатели не претерпевают резких изменений. Это естественно, ведь если бы уровень этих и ряда других жизненно важных констант организма с возрастом менялся, то жить до глубокой старости вообще было бы невозможно. Нам представляется, что развивающееся с возрастом «сопротивление» организма нарушению наивыгоднейшего протекания жизненных процессов именно и является важной особенностью процесса старения.

И еще одно интересное явление. Трудно, конечно, сравнивать друг с другом степень различных возрастных изменений. Однако легко заметить следующее. Внешний вид человека меняется сравнительно медленно. Действительно, не бывает так, чтобы при каком-нибудь эмоциональном напряжении кожа сразу же покрывалась морщинами, волосы седели, глаза тускнели, а через минуту человек вновь становился розовощеким, черноволосым и т. д. Вместе с тем с годами последовательно наступают резкие изменения внешнего вида человека.

Иной характер носит изменение некоторых функций организма. Артериальное давление, к примеру, может за несколько минут резко подскочить вверх и возвратиться к норме. Вместе с тем средняя величина артериального давления с годами хотя и возрастает, но все же очень незначительно. Иначе говоря, при старении организма внешний вид, структура отдельных органов могут довольно значительно изменяться, а функция, итог деятельности многих структурных элементов организма, поддерживается на относительно постоянном уровне. Какие механизмы поддерживают оптимальный уровень жизнедеятельности организма в разные возрастные периоды? Найти ответ на этот вопрос очень важно для выяснения сущности старения.

ПРИНЦИП САМОРЕГУЛЯЦИИ И ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОРГАНИЗМА

Человеческий организм вовсе не похож на детскую матрешку, состоящую из куколок «мал мала меньше», которые отличаются только размером. Изменения саморегулирующихся систем на молекулярном, клеточном уровне и на уровне целостного организма не повторяют друг друга, не просто суммируются друг с другом, а сложным образом взаимодействуют и взаимоопределяют друг друга. Как разобраться в этих сложных взаимосвязях?

Любую саморегулирующуюся систему можно представить себе состоящей из нескольких звеньев: центр регуляции, объект регуляции, прямая и обратная связь. Работами ученых было показано, что поддержание определенного уровня жизнедеятельности в старости достигается благодаря неравномерным изменениям в разных звеньях саморегуляции. Чтобы пояснить этот тезис, разберем, что происходит при старении организма в одной из саморегулирующихся систем. Целесообразно это сделать на примере деятельности сердца и сосудов. Ведь именно изменение функции кровообращения является одной из основных причин развития преждевременного старения.

Как известно, уровень деятельности сердечно-сосудистой системы зависит от состояния объектов регулирования (сердца и сосудов) и характера регулирующих воздействий. Есть два неразрывно связанных друг с другом механизма регуляции всех органов — нервный и так называемый гуморальный. Гуморальная регуляция осуществляется благодаря проникновению в кровь целого арсенала химических веществ — гормонов, медиаторов, метаболитов и так далее. Таким же образом влияют на организм и многие лечебные препараты.

В нашей лаборатории систематически изучали, как изменяется в старости чувствительность различных органов — сердца, сосудов, скелетных мышц, нервных клеток, желез внутренней секреции — к действию нервных и гуморальных факторов. С этой целью у подопытных животных — мышей, крыс, кроликов, кошек, собак — определялась в одних случаях минимальная интенсивность раздражения током соответствующих нервов, при которой наступает изменение деятельности органа. В других случаях определялось минимальное количество вводимого химического вещества, вызывающее тот же эффект.

Оказалось, что к старости снижается чувствительность органов к нервным влияниям, а чувствительность к гуморальным, химическим воздействиям повышается. Например, замедление ритма деятельности сердца животного можно вызвать, раздражая блуждающий нерв или же вводя в кровь такие вещества, как карбохолин, ацетилхолин. Чтобы вызвать остановку сердца старого животного, блуждающий нерв необходимо раздражать током большей силы, чем в аналогичном эксперименте с молодым животным. Однако тот же эффект можно получить действием химических веществ. В этом случае картина будет противоположной, Чтобы остановить сердце старого животного, потребуется ввести гораздо меньшее количество химикалий, нежели это нужно для остановки сердца молодого животного.

Подобные же соотношения можно заметить и на примере регуляции других органов и систем. Эти эксперименты показывают, насколько важно учитывать изменение чувствительности органов в процессе старения при лечении людей пожилого возраста. Одни и те же дозы лекарственных веществ вызывают различные изменения деятельности в старом и молодом организме. Следовательно, и применяться они должны в различных дозировках. Уже давно назрела необходимость в создании возрастной фармакологии для старых и пожилых людей в таком же виде, как она существует для детей.

Однако вернемся к разбору возрастных изменений саморегуляции. Нервные и гуморальные влияния на органы — это только одно из звеньев саморегуляции функций. Для достижения приспособительного эффекта в любой системе решающее значение имеют обратные связи, поток сигналов от работающего органа, которые информируют управляющие центры о характере сдвигов в объектах регуляции.

Важным звеном обратных связей являются чувствительные нервные окончания, которые во множестве располагаются в самых различных органах. Они чутко реагируют на изменение внутренней среды организма, в частности воспринимают сдвиги в химизме органов и сигнализируют о них в нервные центры. Это так называемые хеморецепторы. В частности, чрезвычайно богаты чувствительными нервными окончаниями сердце и сосуды.

Нами было изучено, как изменяется с возрастом чувствительность хемо рецепторов сосудов к воздействию различных химических веществ. Оказалось, что чувствительность этих нервных окончаний к действию многих веществ — никотина, ацетилхолина, адреналина, сульфида натрия и других — с возрастом повышается. У старых животных рефлекторные изменения кровообращения и дыхания возникают под действием гораздо меньших концентрации химических веществ, нежели у молодых животных. Известно, что для хемо рецепторов раздражителями являются не только вещества, вводимые в организм, но и изменения в обмене веществ, в химизме органов. Отсюда важный вывод: с возрастом повышается восприимчивость, говоря языком кибернетики, чувствительного устройства, реагирующего на изменения химизма тканей.

Попробуем сопоставить приведенные экспериментальные данные об изменениях, происходящих в разных звеньях саморегуляции. На этапе прямой связи (управляющий центр — объект регуляции) отмечается снижение с возрастом чувствительности органов к нервным влияниям и повышение чувствительности к химическим. На этапе обратной связи (объект регуляции — управляющий центр) в старости нарастает чувствительность хеморецепторов. Нам представляется, что подобное неравномерное изменение в разных звеньях саморегуляции является важнейшим механизмом, поддерживающим гомеостазис — наивыгоднейший уровень жизнедеятельности организма в старости. Так, например, ослабление нервных влияний на орган частично компенсируется повышением чувствительности к химическим веществам, вызывающим подобный же эффект.

Есть еще один важный механизм поддержания гомеостазиса организма в старости. Нервные центры посылают «приказы» к объектам регуляции на основании информации об их состоянии. Если меняются сведения о деятельности органов, нервные центры перестраивают «командную сигнализацию». В старости, как уже указывалось, повышается чувствительность рецепторов, воспринимающих изменение химизма тканей. Благодаря этому нервный центр заблаговременно получает информацию о сдвигах, наступающих на периферии, а это, в свою очередь, может несколько компенсировать ослабление влияния центра на объекты регуляции.

Возрастные изменения саморегуляции, о которых шла речь, объясняют многие особенности реакций стареющего организма. Вот один из примеров. Человек проводит свою жизнь в движении, в труде. И, чтобы установить возрастные изменения, наступающие в разных системах, недостаточно зарегистрировать их деятельность в покое. Надо знать, какие изменения возникают при физической нагрузке.

У пожилых людей возникают менее резкие, но зато более длительные изменения кровяного давления, частоты сердечных сокращений, количества поглощенного кислорода и других показателей. Это объясняется тем, что с возрастом снижается чувствительность к нервным влияниям, которые быстро действуют на тот или иной орган, и повышается чувствительность к химическим влияниям, действующим более медленно, но длительно.

САМОРЕГУЛЯЦИЯ НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ

До сих пор мы разбирали возрастные изменения саморегуляции на примере отдельных функциональных систем — сердечно-сосудистой, дыхательной. Совершенно ясно, что эти изменения являются хотя и важнейшими, но все же вторичными в механизме старения. Им предшествуют изменения, наступающие на молекулярном уровне. И здесь жизненные явления подчиняются тому же принципу саморегуляции.

Обратимся к отдельным примерам. АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — одно из самых замечательных веществ, созданных природой. Сокращение мышцы, выделение желудочного сока, возбуждение нервных клеток — словом, любая энергетическая трата в организме — происходят за счет АТФ и некоторых других фосфорных соединений. Нами было показано, что в старости, несмотря на то, что количество и обновляемость фосфорных соединений снижаются в клетках организма, однако энергетический потенциал клеток остается еще значительным. Как это объяснить? Оказывается, процесс обмена АТФ представляет собой сложную саморегулирующуюся систему на молекулярном уровне. АТФ синтезируется в организме двумя путями — один из них связан с потреблением кислорода при дыхании (окислительное фосформирование), другой путь синтеза (гликолиз) кислорода не требует.

Когда АТФ отдает энергию, она превращается в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ). В молекуле этого соединения уже не три, а две фосфорных группы. Оказывается, что интенсивность синтеза АТФ во многом зависит от накопления продукта ее распада — АДФ. Получается своеобразная замкнутая система; АТФ, отдавая фосфорную группу, превращается в АДФ, а это соединение, активируя сначала дыхание, а затем процесс гликолиза, способствует, в свою очередь, синтезу АТФ. В клетках стареющего организма накапливаются большие количества АДФ, и за счет этого своеобразного усиления обратной связи стимулируются резервные пути синтеза АТФ, в частности гликолиз. Таким образом, возрастные изменения в этой саморегулирующейся системе направлены на поддержание некоторого уровня энергии клетки.

В наши дни биологию революционизировали новые представления о роли нуклеиновых кислот в синтезе белка. Накапливаются данные о том, что многие особенности индивидуального развития, в том числе и физиологический срок продолжительности жизни, «закодированы» в ДНК. Однако и система «нуклеиновые кислоты — белок» тоже является саморегулирующейся. Можно полагать, что выяснение возрастных изменений взаимосвязи отдельных компонентов этой саморегулирующейся системы позволит понять важнейшие стороны механизма старения, установить закономерности наследования возрастных изменений, сложившиеся в ходе жизни организма. Сейчас уже, в частности, накапливаются первые факты о возможных «ошибках», изменениях структуры ДНК и их роли в старении.

Существенной ошибкой большинства теорий старения в прошлом была своеобразная односторонность. Этот сложный процесс объяснялся изменениями, наступающими в одном каком-нибудь звене структуры и функции организма. В наши дни широко распространено представление о старости как об инволюции, обратном развитии организма. Это положение следует признать методологически неверным. Оно не подкреплено серьезными фактами. Истинные представления о сущности старения будут похожи на многоэтажное здание со сложной системой взаимосвязи его различных уровней. Отдельные этажи этого здания успешно возводятся в наши дни, и, как это часто бывает в науке, строительство это не всегда начинается с фундамента.

Автор: Ф. Фролькис.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что порой некоторые люди и в старости остаются весьма молодыми в душе, например активно осваивают интернет, занимаются какими то своими хобби, например ремонтом автомобилей, попутно на сайте http://realcars.su/ черпая всю самую свежую информацию по этой теме.

www.poznavayka.org

Смотрите также

• 
  Баргузинский заповедник растения
• 
  Антуриум фото растение
• 
  Растения мутанты чернобыля
• 
  Мутанты чернобыля растения
• 
  Строение растения картофель
• 
  Фото растения каперсы
• 
  Растения размножающиеся усами
• 
  Защита растений специальность
• 
  Защита растений специальность
• 
  Растение мужская сила
• 
  Необычные растения видео