3 роки тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Пространственная организация биосистем. В литературе, помимо временного, об­суждается и пространственный аспект биологической организации. Надо заме­тить, что представление о пространствен­ной, или, как нередко говорят, о струк­турной, организации биологических систем не идентично такому понятию, как «морфологическое строение орга­низма».

В круг проблем пространственной организации вхо­дят такие, которые не являются классическими для мор­фологии, например, морфогенетические поля, позициональная информация, морфофизиологические градиенты, целостность и организованность системы и т. д. Система возникает как нечто устойчивое, существующее в прост­ранстве. Ее устойчивость как целого определяется устой­чивостью связей между ее частями (элементами). Имен­но такая взаимосвязь между ними и является структу­рой возникшей целостности (системы). Под пространст­венной организацией мы будем понимать совокупность отличающихся друг от друга (гетерогенных) структур и связанных с ними функций, закономерным образом рас­положенных в пространстве, занимаемом биологической системой, и взаимодействующих между собой.

Сегодня рассмотрение проблемы организации биоло­гических систем нельзя ограничить анализом отдельно ее пространственного и временного аспектов, поскольку, в сущности, они воедино связаны. В самом деле, то или иное состояние пространственной организации живых систем, выражающееся, как иногда говорят, в разверты­вании их структуры или частей в трехмерном простран­стве, может быть отнесено только к какому-то опреде­ленному моменту времени их существования. В другие моменты (до или после) это состояние иное. Появление пространственных отличий в системе происходит только с течением времени, на протяжении которого она суще­ствует, прежде чем погибнуть или превратиться в дру­гую систему. Следовательно, развертывание структуры биологической системы в пространстве неотделимо от развертывания ее во времени, которое для системы ста­новится четвертым измерением.

Проблема пространства-времени в биологии. Исходя из естественнонаучных представлений о строении мате­риального мира, есть все основания думать о биологи­ческих системах как объектах, характеризующихся еди­ной пространственно-временной организацией. Известно, что основные формы бытия материи — пространство и время неразрывно связаны с движением, а в биологии— с развитием живых систем. При этом пространство вы­ражает протяженность, порядок и характер размещения материальных объектов, их взаимное расположение, тогда как время отражает последовательность процессов изменений и длительность существования объекта.

По отношению к физическому миру единство прост­ранства и времени и взаимозависимость их (континуум пространство-время, четырехмерный единый мир) дока­зывают общая и частная теории относительности А. Эйнштейна. Согласно имеющимся здесь представле­ниям, геометрические свойства пространства, его кривиз­на и скорость течения времени зависят от распределения и движения материальных тел, от гравитационного поля и т. д. Советский писатель С. Сартаков в своем романс «Философский камень» посчитал нужным словами героя повествования капитана Резникова сказать следую­щее: «Альберт Эйнштейн как математик разгадал еди­ное пространство — время, найдя четвертое измерение. Но это только для мертвой материи. А между тем жизнь, течение жизни никак не отделимы от пространст­ва и времени. Эйнштейн, почему же Вы пренебрегли этим? Я тоже хочу разгадать пространство и время, но для живой материи. Я все испробовал. Какая наука даст мне ответ на это?»

Надо сказать, что вопрос о пространстве и времени в биологии вызывает большое внимание у ученых, осо­бенно в последние годы.

Таким образом, в биологии присутствует ситуация, когда, кажется, нет сомнений в том, что живые системы характеризуются как пространственной, так и временной организацией. Но присуща ли им пространственно-вре­менная организация, в которой оба вида биологической организации не разделимы, а связаны?

Насколько нам известно, попыток фактического опре­деления такого рода связей в биологии не предпринима­лось. Вместе с тем очевидно значение разрешения этого вопроса. Как нам кажется, в исследованиях, которые проводились вместе с доктором медицинских наук В. В. Маркиной, нам удалось получить интересные данные.

В экспериментах на лабораторных крысах мы изуча­ли пространственные и временные изменения в системе энергетического метаболизма в дольке печени, являю­щейся структурно-функциональной единицей органа. В этом смысле дольку можно считать функциональной си­стемой. Оказалось, что фазовая структура суточных ритмов уровня активности ферментов энергетического обмена нередко демонстрировала отличия в зависимос­ти от топографического расположения ритмов в дольке, например, при сравнении ритмов в ее центре и на пери­ферии. Следовательно, топографическая локализация ритма или. по-другому, его положение в пространстве, занимаемом долькой, влияет на его фазовую структуру. При дальнейшем анализе экспериментального материа­ла были обнаружены другие пространственно-временные связи. Поясним их на примере исследования содержа­ния гликогена в клетках дольки печени.

Было выявлено, что характер топографического рас­пределения в дольке этого полисахарида неодинаков в зависимости от фаз его суточного ритма. Во время, активной фазы ритма все клетки дольки, находящиеся на линии, соединяющей ее центр с периферией, содержала одинаковое количество гликогена. Но когда наступала пассивная фаза ритма в пространственном распределе­нии гликогена, в дольке обнаруживался центрально-пе­риферический градиент, показывавший, что содержание полисахарида уменьшилось в направлении от центра к периферии дольки. В часы минимума гликогена в суточ­ном ритме клетки на периферии дольки были на 25% беднее гликогеном по сравнению с клетками ее центра. Мы также наблюдали, что уровень активности многих ферментов энергетического обмена уменьшается от цент­ра к периферии дольки. Но степень выраженности этих изменений значительно больше в часы падения уровня активности фермента в суточном ритме.

Следовательно, найдена некая общая закономер­ность, по крайней мере для процессов энергетического обмена в печени, заключающаяся в том, что характер их пространственной организации зависит от состояния этих процессов, изменяющегося во времени. Как нам ка­жется, в проведенных исследованиях было установлено существование вполне определенных связей между про­странственной и временной организациями энергетичес­кого метаболизма в печени, что позволяет считать, что этой биологической функции свойственна единая прост­ранственно-временная организация.

В поставленных опытах, кроме того, была обнаруже­на разница в реакции временной и пространственной ор­ганизации энергетического обмена в печени на действие такого экстремального фактора, как голодание живот­ных. В этих условиях тип пространственного распределе­ния (пространственной организации) в дольке печени уровня активности ферментов не изменялся, тогда как фазовая структура суточных ритмов (временная органи­зация) этого показателя претерпела значительные сдвиги. Отсюда нами был сделан вывод о том, что че­рез изменение параметров временной организации осу­ществляются адаптивные реакции метаболической сис­темы. Роль же ее пространственной организации заклю­чается в сохранении структурной основы деятельности системы даже тогда, когда возникают условия (длитель­ное голодание), угрожающие самому ее существованию.

Следовательно, временная и пространственная орга­низации биологической системы (в данном случае система энергетического метаболизма), если так можно сказать, решают разные глобальные задачи: первая — поддерживает лабильность системы, а вторая — со­храняет ее стабильность. Можно думать, что до­стижение динамического единства в осуществлении этих целей является важнейшим механизмом обеспечения ор­ганизованности и целостности биологической системы.