Сущность жизни. Свойства и уровни организации живой материи
Основные вопросы темы.
Гипотеза вечности жизни
Развитие жизни из неограниченной
Самопроизвольное зарождение жизни Стационарное состояние Филогенез
Химический состав Уровни организации живого
Материал для справок
«Жизнь в ее элементарной форме можно определить как способ существования открытых каллоидных систем, содержащих в качестве своих обязательных элементов соединения типа белков, нуклеиновых кислот и фосфорорганических веществ, обладающих свойством саморегулирования и развития на основе накопления и преобразования веществ, энергии и информации в процессе их взаимодействия с окружающей средой» (А. Мамзин).
Теории (гипотезы) возникновения жизни
Основные методы биологии
Научные направления биологии
По систематической принадлежности объектов
По уровням организации жизни
Научные направления биологии
По использованию методов и способов описания, заимствованных из других
По проявлениям и свойствам живых объектов
Свойства (признаки) живой материи
Определенный химический состав
Клеточное строение Обмен веществ и энергии Саморегуляция. Гомеостаз Самовоспроизведение Раздражимость
Целостность и дискретность
Классификация живых организмов
1. Неклеточные формы. Царство Вирусы.
II. Клеточные формы:
Ряд учёных в Надцарстве Прокариоты выделяет одно Царство дробянки, которое включает три Подцарства: Бактерии, Архебактерии и Цианобактерии.
Задания для самостоятельной работы студентов
1. Заполните таблицу: Уровни организации живой материи
2. Используя схему «Научные направления биологии», учебник и др. литературу по биологии, сформулируйте, что является предметом изучения каждой из указанных в схеме биологических наук.
Презентация по биологии «Определение понятия «ЖИЗНЬ»» (10 класс, профильный уровень)
Описание презентации по отдельным слайдам:
Определение понятия «ЖИЗНЬ» Бояринцева С.В.
Первоначальные представления о жизни Многие ученые в разные времена пытались сформулировать определение понятия «жизнь».
Первоначальные представления о жизни В конце 18 в. французские ученые-материалисты и философы, составители и авторы «Энциклопедии, или Толкового словаря наук, искусств и ремесел» (1751-1780), в числе которых были Д.Дидро, Ж.-Ж.Руссо, Ф.-М. Вольтер, Ж.-Б.Бюффон и др. характеризовали понятие «жизнь», как состояние, противоположное смерти. Такое определение не сообщало о свойствах жизни и ее особенностях.
Первоначальные представления о жизни «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Это определение долгие годы считалось классическим, т.к. предполагало важнейшую и первоначальную роль белка. Фридрих Энгельс
Современные представления о жизни. В 1947 году ввел термин «Биопоэз». Биопоэз- процесс появления живых клеток в результате химической эволюции на Земле. «Жизнь- это особое проявление живой материи, возникшее в ходе биопоэза». Джон Бернал английский физик
Современные представления о жизни. К пониманию сущности жизни наука подходит только сейчас. Физико-химическое уточнение об уникальных особенностях жизни дает открытие изомерии в свойствах полимерных молекул и признание так называемой хиральной чистоты жизни, основанной на том, что природные молекулы сахаров всегда являются правовращающими изомерами, а молекулы аминокислот- левовращающими.
Современные представления о жизни. Французский микробиолог и химик Луи Пастер, открывший в 19 веке оптическую изомерию химических соединений, считал явление хиральности важнейшим из свойств жизни.
Хиральность Хиральная способность молекул органических веществ определяется наличием ассиметричного атома углерода- С*. В насыщенных соединениях его четыре валентных связи располагаются под тетраэдрическими углами друг к другу, благодаря чему сходные по химическому составу молекулы имеют разное пространственное строение.
Хиральная чистота живой материи. Все разнообразные белки в своих полимерных молекулах содержат аминокислоты только левой конфигурации (L-форма) (кроме глицина). А нуклеиновые кислоты в своей молекуле содержат нуклеотиды, в состав которых входят сахара с правой хиральной структурой (D-форма) Других вариантов нет. Отсюда и название- хиральная чистота материи.
Примеры определений понятия «жизнь» «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот» М.В. Волькенштейн русский ученый
Примеры определений понятия «жизнь» «Жизнь – это активное свойство живой материи, идущее с затратой энергии на поддержание и воспроизведение специфической структуры» Биолог-эволюционист Б.М. Медников
Примеры определений понятия «жизнь» «Жизнь есть расширенное воспроизводство информации в отдельных материальных системах. Специфика земной формы жизни состоит в том, что она развивается преимущественно на основе одного вида материи- живого вещества, которое пока известно только на нашей планете». Биолог А.В.Присный
Ответьте на вопросы: Что такое биопоэз? Почему ученые вновь и вновь уточняют понятие «жизнь»? Какие характеристики присутствуют в современных определениях понятия «жизнь»? Что такое хиральная чистота? Прав ли Пастер, считая, что хиральная чистота- важнейшее свойство жизни? Предложите собственное определение понятия «жизнь».
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс профессиональной переподготовки
Биология: теория и методика преподавания в образовательной организации
Номер материала: ДБ-100050
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Треть школ и пятая часть детских садов в России являются инклюзивными
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Названы лучшие по качеству проведения ЕГЭ регионы России
Время чтения: 1 минута
В России объявлены нерабочие дни с 30 октября по 7 ноября
Время чтения: 2 минуты
Рособрнадзор оставил за регионами решение о дополнительных школьных каникулах
Время чтения: 1 минута
Каникулы для школьников в Орловской области продлят до 15 ноября
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Организм как открытая саморегулирующаяся система.
Жизненно необходимые процессы энергообразования, выделения продуктов распада, обеспечения различных биохимических реакций жизнедеятельности, снабжение огромного количества клеток питательными веществами и необходимым количеством кислорода происходят благодаря регуляторным механизмам, осуществляющим свою деятельность через нервную, кровеносную, дыхательную, эндокринную и другие системы организма.
Различают несколько уровней его организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, системный, организменный.
Органный уровень представлен совокупностью разных тканей, объединенных для выполнения единой, более сложной функции. Например, сердце состоит из различных тканей, но выполняет функцию насоса, перекачивая кровь по сосудам, и т.п.
Следовательно, организм можно рассматривать как сложную биологическую суперсистему, состоящую из множества систем и подсистем, работа которых согласована между собой и подчинена единой цели высшего уровня. Согласованность всех уровней организации обеспечивается механизмом саморегуляции, благодаря которому достигается их единство.
Гомеостаз и гомеокинез.
Гомеоста́з — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.
Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:
Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.
Гомеокинез– это процесс изменения работы организма, направленный на установление гомеостаза (т.н. подвижное равновесие). В человеческом организме одновременно протекают миллионы гомеокинезов. А короткие пептиды(белки), в свою очередь, являются главными представителями данных процессов.
23. Схема строения НК (ДНК и РНК)
Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные органические соединения. Они состоят из углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота.
Нуклеиновые кислоты были открыты в 1869 г. швейцарским врачом Ф.Мишером в ядрах лейкоцитов, входящих в состав гноя. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях, протистах, грибах и вирусах.
Они играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации о свойствах организма.
В природе существует два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые, или ДНК, и рибонуклеиновые, или РНК.Название произошло от углевода, входящего в состав нуклеиновых кислот. Молекула ДНК содержит сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.
В настоящее время известны хромосомальная и внехромосомальная ДНК и рибосомальная, информационная и транспортная РНК, которые участвуют в синтезе белка. ДНК включает множество генов, определяющих различия в метаболизме.
ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые соединяются при водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности – это принцип соответствия. Цепи ДНК в силу своей неравномерности распределения водородных связей, цепи закручиваются в спираль. Один виток содержит около 10 нуклеотидов. ДНК главным образом содержится в ядре клетки, но она так же входит в состав пластид и митохондрий. В ее структуре содержится вся генетическая информация. ДНК участвует в ее хранении и реализации. Количество ДНК в соматических клетках постоянна в пределах одного вида. ДНК обладает важным свойством репликацией. Репликация ДНК происходит в S период клеточного цикла в интерфазе, при подготовке клетки к делению. Под действием фермента ДНК-полимиразы, молекула ДНК раскручивается и водородные связи разрываются. Затем цепи расходятся и служат матрицами для синтеза длчерних цепей. При этом направление синтеза определяется С3 положением. Поэтому на одной зи цепей синтез происходит непрерывно – лидирующая цепь, а на другой цепи синтез происходит в виде фрагментов, которые потом сшиваются – отстающая цепь.
В состав любого нуклеотида ДНК входит одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц), а также сахар дезоксирибоза (C3H10O4) и остаток фосфорной кислоты.
Между азотистыми основаниями нуклеотидов разных цепей образуются водородные связи (между А и Т – две, а между Г и Ц – три). При этом А соединяется водородными связями только с Т, а Г – с Ц. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых. Эта закономерность получила название правила Чаргаффа.
Модель ДНК (Уотсон и Крик)
двойная спираль, структурная модель дезоксирибонуклеиновой к-ты (ДНК), согласно к-рой молекула ДНК состоит из двух антипараллельных полинуклеотидных цепей, образующих правильную правозакрученную перевитую спираль и удерживаемых имеете водородными связями за счёт взаимодействия пар азотистых оснований. Предложена в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Создание модели было подготовлено работами М. Уилкинса и Р.Франклин (получивших в 1950—52 высококачеств. рентгенограммы ДНК), Л. Полинга (создавшего в 1951 теорию, позволявшую предсказывать вид рентгенограмм для разл. спиральных структур), А. Тодда и его сотрудников (выяснивших в 1952 природу химич. связей между нуклеотидами, из к-рых построена ДНК), Э. Чаргаффа (установившего в 1947—50 соотношение азотистых оснований в ДНК). У. — К. м. позволила предсказать возможный механизм полуконсервативной матричной редупликации ДНК, общий принцип кодирования и транскрипции генетич. информации, нек-рые мол. механизмы мутационного процесса. Позднее в многочисл. исследованиях осн. положения и следствия из У.— К. м. получили эксперим. подтверждение. Уточнения коснулись более точного описания геометрич. параметров и конформационных возможностей двойной спирали при разл. условиях. В связи с обнаружением значит, конформационной подвижности структуры ДНК не раз поднимался вопрос о степени соответствия У.— К. м. структуре нативной ДНК. Предлагались др. гипотетич. модели ДНК, напр. неперевитая зигзагообразная модель ДНК, имеющая на границах поворотов-зигзагов право- и левозакрученные участки полинуклеотидных цепей. Существование левозакрученной, т. е. Z-ДНК, на отд. участках генома подтверждено экспериментально в работах А. Рича. Тем не менее нет оснований сомневаться в том, что У.— К. м. в осн. чертах правильно описывает структуру ДНК не только in vitro, но и in vivo. Создание У.— К. м. послужило мощным толчком к развитию мол. биологии, начало к-рой нередко датируют 1953.
25. Хромосомы. Их строение, число и функционирование. Номенклатура и классификация. Пуфы.
Хромосо́мы — нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосомы чётко различимы в световом микроскопе только в период митотического или мейотического деления клетки. Набор всех хромосом клетки, называемый кариотипом, является видоспецифичным признаком, для которого характерен относительно низкий уровень индивидуальной изменчивости.
В зависимости от расположения центромеры различают три типа строения хромосом:
акроцентрические хромосомы, у которых центромера находится практически на конце, и второе плечо настолько мало, что его может быть не видно на цитологических препаратах;
субметацентрические хромосомы с плечами неравной длины;
метацентрические хромосомы, у которых центромера расположена посередине или почти посередине
Помимо вышеуказанных трёх типов С. Г. Навашин выделял ещё и телоцентрические хромосомы, то есть хромосомы только с одним плечом
Нормальный хромосомный набор человека состоит из 22 пар аутосом и одной пары половых хромосом.
Согласно классификациивсе хромосомы человека разделены на 7 групп, расположенных в порядке уменьшения их длины, и обозначаются буквами английского алфавита от А до G. Все пары хромосом стали нумеровать арабскими цифрами.
Группа А (1-3-я) — самые большие хромосомы; 1 и 3-я — метацентрические, 2-я — субметацентрическая.
Группа В (4 и 5-я) — крупные субметацентрические хромосомы.
Группа С (6-12-я и Х-хромосома) — субметацентрические хромосомы среднего размера.
Группа В (13-15-я) — акроцентрические хромосомы средних размеров.
Группа Р (19 и 20-я) — самые маленькие метацентрические хромосомы.
Группа О (21, 22-я и Y) — самые маленькие акроцентрические хромосомы.
В 1960 г. была предложена Денверская классификация хромосом, которая помимо размеров хромосом учитывает их форму, положение центромеры и наличие вторичных перетяжек и спутников. 23 пары хромосом человека разбили на 7 групп от А до G. Важным параметром является центромерный индекс (ЦИ), который отражает отношение (в %) длины короткого плеча к длине всей хромосомы.
Согласно Парижской классификации хромосомы разделены на группы по их размерам и форме, а также линейной дифференцировке. В основе Парижской классификации хромосом человека (1971 г.) лежат методы специальной дифференциальной их окраски, при которой в каждой хромосоме выявляется характерный только для нее порядок чередования поперечных светлых и темных сегментов.
Политенные хромосо́мы — гигантские скопления объединённых хроматид, возникающие в некоторых типах специализированных клеток. В политенных хромосомах процесс транскрипции сопровождается формированием т. н. пуфов— характерных вздутий определённых дисков, образующихся в результате локальной декомпактизации в них ДНК. На активную транскрипцию в этих регионах указывает активное включение 3H-уридина в районе пуфов. Крупные пуфы называются кольцами Бальбиани. Пуфированиехарактерно для стадии личинки. Образование и исчезновение пуфов регулируется внутренней средой организма в соответствии со стадией развития. Одним из важнейших регуляторов образования пуфов у насекомых являются стероидные гормоны, в частности, гормон линьки — экдизон. Выявлено также влияние белков, синтезированных более ранними пуфами, на развитие более поздних пуфов.Таким образом, образование пуфов является ярким примером дифференциальной транскрипции. Другим известным примером этого процесса является формирование хромосом типа ламповых щёток
СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
Системная организация живой природы
Жизнь является особой формой существования материи, которая отличается от неживой природы особенностями строения и функционирования, что в биологии называется жизнедеятельность. Существуют различные определения, в которых жизнь определяется субстратом, носителем его свойств или рассматривается как совокупность специфических процессов, но до сих пор единого определения жизни в науке нет. Приведем примеры наиболее распространенных определений понятия ЖИЗНИ.
Итак, однозначного определения жизни и до сих пор не существует. Проблема познания сущности жизни является главной проблемой не только биологии, но и всей науки в целом. На нынешнем этапе развития биологии собрано еще недостаточно материала для характеристики феномена под названием ЖИЗНЬ. Жизнь как специфическая форма существования материи является очень сложным и многоликим явлением. Многогранность и сложность проявлений жизни обусловливают необходимость дальнейшего проработки многих аспектов его познания.
Структурная организация биосистем включает компоненты, подсистемы и элементы. Элементарной структурно-функциональной единицей биосистемы высшего ранга является биосистема низшего ранга, обусловлено иерархии уровней организации жизни. В биосистем низших уровней организации наблюдается большое сходство составных частей и растет разница между ними на высших уровнях. С переходом к более высоким уровням способы взаимодействия низших уровней сохраняют свое функциональное значение, но ведущую роль приобретают новые типы взаимодействия составляющих элементов. Основным условием существования биосистем является открытость для триединого потока из внешней среды. Биосистемы являются открытыми системами, в которых происходит непрерывное взаимодействие с окружающей средой, при которой осуществляется обмен и со средой веществом, энергией и информацией.
Свойства биосистем является результатом структурно-функциональной организации их составных частей и выражают целостность системы во внешних взаимосвязях с неживой и живой природой. Основными свойствами биосистем является саморегуляция, самообновления, самовоспроизведения, обмен веществ, адаптивность, рост, развитие, наследственность, изменчивость, гомеостаз, раздражительность.
Главной целью существования биосистем является самоорганизация и упорядоченность для постоянного общего процесса развития, что обусловливает относительную независимость биосистем от среды и обеспечивает возможность их эволюции.
Организм как саморегулирующаяся система. Гомеостаз
Все органы, системы и аппараты органов связаны между собой анатомически и функционально в единое целое – организм, главная функция которого – жизнь. Сложная система человеческого организма обладает способностью регулировать свое существование. Саморегуляция человеческого организма направлена на поддержание постоянства внутренней среды, обеспечивающего оптимальное протекание процессов жизнедеятельности, и на адаптацию организма к условиям внешней среды, обеспечивающую выживание человека как индивидуума и как биологического вида.
Системы саморегуляции действуют на всех уровнях организации целостного организма. Организм является суммой составляющих его органов, тканей и клеток, и от их оптимального функционирования зависит оптимальное функционирование организма как целого. В то же время адаптивные возможности целостного организма создают наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности отдельных структур.
Впервые мысль о саморегуляции как основе физиологической стабильности была сформулирована французским физиологом Клодом Бернаром в 1857 г.: «Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни». Постоянство качественного и количественного состава живой системы получило наименование гомеостаза (от греч. homoios – подобный, тот же самый; stasis – состояние, неподвижность), оно свойственно не только биологическим, но и большинству социальных систем. В физиологии под гомеостазом понимают относительное динамическое постоянство внутренней среды (обмена веществ, водно-электролитного и кислотно-щелочного равновесия), необходимое для устойчивого функционирования основных физиологических систем организма (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.). Внутренние механизмы регуляции, обеспечивающие оптимальный уровень функционирования клеток, органов и систем целостного организма, получили наименование гомеостатических.
Изучение гомеостаза направлено на вопросы регулирования и саморегулирования физиологических функций, взаимосвязи нервных и гуморальных компонентов регуляции, циклического и фазного протекания физиологических процессов, а также реакций компенсации. Рамки гомеостатических реакций могут быть жесткими или подвижными, могут зависеть от возрастных, половых, социальных, профессиональных, индивидуальных факторов.
Одной из важнейших систем поддержания гомеостаза является сердечно-сосудистая система. Ее функция заключается не только в поддержании заданного объема крови и распределении ее по сосудам, но и в изменении кровоснабжения в соответствии с изменением потребностей тканей в кислороде при разных нагрузках. Недостаточное снабжение тканей кислородом может быть причиной кислородного голодания и гибели клеток. Кроме того, кровь участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия и в гуморальной регуляции функций органов и систем, перенося гормоны и другие биологически активные вещества от эндокринных желез к органам.
Система дыхания также выполняет важные гомеостатические функции: вентиляцию, легочное кровообращение, диффузию газов через альвеолярно-капиллярную мембрану, транспорт газов кровью и тканевое дыхание. Обеспечение газообмена между организмом и окружающей средой должно быть адекватно изменяющейся скорости обменных процессов и связанной с ней скорости потребления клетками кислорода. Поэтому регуляция системы дыхания должна быть направлена на поддержание постоянного уровня кислорода и углекислоты в изменяющихся условиях жизнедеятельности, что требует тесной связи с другими системами, в первую очередь с сердечно-сосудистой.
Главная функция почечной системы – экскреторная (выделительная). Она направлена на сохранение водно-электролитного (водно-солевого) баланса, кислотно-щелочного равновесия и удаление из организма продуктов обмена веществ. Водно-электролитный баланс занимает в поддержании гомеостаза важнейшее место. Вода составляет основную массу большинства живых организмов, входит в состав клеток и межклеточного пространства, является растворителем большинства веществ, участвующих в обменных процессах, и сама принимает участие в биохимических реакциях. Все биохимические жидкости представляют собой водные растворы солей и коллоидов, обладающих свойствами электролитов. Функции этих растворов многообразны: участие в биохимических реакциях, сохранение осмотического давления, поддержание кислотно-щелочного равновесия (сохранение постоянства pH жидких сред организма как основы для протекания биохимических реакций).
Процессы гомеостаза направлены прежде всего на поддержание постоянства внутренней среды организма, а регуляция внешних действий – на поддержание равновесия организма с окружающей средой. Вместе они образуют сложную систему, позволяющую организму удовлетворять свои потребности, жить и продолжать свой биологический вид.
Рассмотрим упрощенную схему процессов саморегулирования организма. Информацию о состоянии окружающего мира и о внутренней среде организм получает с помощью датчиков-рецепторов – органов чувств, обладающих модальной (избирательной) чувствительностью к определенным воздействиям (зрительным, слуховым, температурным, гравитационным). Вся информация о состоянии внешней среды и ее изменениях поступает в центральную нервную систему, которая выполняет несколько ролей одновременно. Проводя аналогию с работой компьютера, их можно обозначить как базу данных, центральный процессор, оперативную память, программы обработки информации, сохраненную информацию. Туда же поступает информация от рецепторов, расположенных внутри нашего тела, – «датчиков» давления, содержания углекислого газа и кислорода, кислотности различных биологических жидкостей, напряжения мышц и др.
Когда ситуация по каким-то причинам изменилась и требует соответствующих реакций на системном уровне, организм предпринимает действие, направленное на стабилизацию системы. Например, чувство голода обусловлено снижением уровня глюкозы в крови, информация о котором достигла клеток головного мозга и послужила основанием для усиления активности пищеварительного тракта (усиливается секреция желудочного сока и перистальтика кишечника). При этом органы зрения и связанные с ними отделы центральной нервной системы фиксируют продукты питания, а сопоставление их образов с хранящимися в базе памяти моделями указывает, что они дают возможность утолить голод. В этом случае центральная нервная система отдает распоряжение исполнительным (эффекторным) органам осуществить необходимые действия, приводящие к насыщению и восстановлению уровня глюкозы в крови. Таким образом, цель саморегулирующейся системы – устранение причины изменений гомеостаза (снижения в крови уровня глюкозы, необходимой всем клеткам как источник энергии) – оказывается достигнутой. В приведенном упрощенном случае она достигается легко – достаточно взять и съесть продукт, находящийся в поле зрения. Более сложные сценарии действий, основанные на таких побудительных мотивах, как любовь и стремление к продлению вида, семейные ценности, дружба, потребность в безопасности, самоутверждении, тяга к новому и стремление к красоте, имеют в своей основе сходную структуру. Врастая в психологические и социальные механизмы существования человека, они создают основу развития человеческой цивилизации, оставаясь неизменными с древней истории до наших дней.
Действие предполагает движение, следовательно, при достижении любой цели возрастает потребность в энергии, «добываемой» в процессе обмена веществ. Для обеспечения системы энергией требуются мобилизация доступных запасов питательных веществ, усиление кровообращения, дыхания и некоторых других функций. Любое повышение активности обмена веществ сдвигает равновесие в системе, поэтому необходима активизация механизмов поддержания гомеостатического равновесия, которые тоже нуждаются в значительных количествах энергии для своей деятельности. Таким образом, организм как саморегулирующаяся система постоянно нуждается в поступлении энергии, без которой поддержание гомеостаза станет невозможным.
Организм как сложноорганизованная система имеет не один, а несколько путей регуляции, прежде всего гуморальный и нервный. Гуморальная регуляция (от лат. humor – жидкость) осуществляется гормонами, медиаторами, ионами, продуктами обмена, выделяемыми одними клетками в кровь, лимфу или тканевую жидкость и действующими на другие клетки и органы, изменяя их работу. Ведущее место в этой системе принадлежит железам внутренней секреции. Скорость гуморальной регуляции определяется скоростью движения крови по сосудам – от 0,005 до 0,5 м/с, т.е. она позволяет осуществить медленную перестройку работы органов. Нервная регуляция – регуляция посредством нервной системы – осуществляется рефлекторно и значительно более быстро (скорость передачи импульса в нервной системе достигает 120–140 м/с). Нейрогуморальная регуляция объединяет все функции организма, благодаря чему он существует как единое целое, хотя каждая его клетка имеет свою внутреннюю систему регуляции.
Можно выделить основные структурно-функциональные блоки организма как саморегулирующейся системы:
Эти блоки включают в себя ткани и органы различных систем организма и постоянно обмениваются информацией. В итоге вся система реагирует на любые изменения внутренней и внешней среды как целостный организм. Представление о гомеостазе не соответствует представлению об устойчивом равновесии в организме – принцип равновесия неприложим к сложным физиологическим и биохимическим процессам, протекающим в живых системах. Скорее можно говорить о принципе динамического равновесия между внутренними процессами системы и ее движением во внешней среде.
Возрастные особенности гомеостаза. Детский организм находится в постоянных процессах роста и формирования, поэтому в нем усвоение веществ должно устойчиво преобладать над их расщеплением и выведением. В связи с этим регуляция гомеостаза детского организма оказывается значительно более напряженной, чем у взрослых. Поэтому в детском возрасте значительно чаще, чем у взрослых, встречаются нарушения гомеостаза, нередко угрожающие жизни. Они обусловлены незрелостью функции почек, кровеносной системы, желудочно-кишечного тракта и легких, снижающей возможности адаптации организма к изменениям внешней и внутренней среды. Это выражено в большей степени у детей младшего возраста, а у недоношенных младенцев первых месяцев жизни может принимать критический характер, когда каждое колебание условий внешней среды приводит к значительным нарушениям жизнедеятельности организма.
Одним из основных факторов гомеостаза является обмен в организме воды и растворенных в ней минеральных солей (водно-солевой баланс). Рост ребенка и увеличение его массы сопровождается отчетливыми изменениями распределения воды в организме. Система регуляции водного баланса является несовершенной и не может полностью обеспечивать постоянство водного баланса. Высокое содержание воды в тканях у новорожденных и детей раннего возраста приводит к высокой потребности ребенка в воде (в расчете на единицу массы тела), а ее потери или ограничение быстро ведут к обезвоживанию организма. Почки ребенка – главные исполнительные органы в системе регуляции объема жидкости – из-за незрелости механизмов фильтрации мочи не обеспечивают экономии воды. Кроме этого, значительные (более существенные, чем у взрослых) потери воды при дыхании и через поверхность кожи создают дополнительные предпосылки для обезвоживания организма, нарушающего все метаболические процессы, а иногда и угрожающего жизни ребенка.
Нарушения гомеостаза, проявляющиеся гиперосмосом (повышенной концентрацией солей во внутриклеточной и внеклеточной жидкости), особенно часто встречаются у детей периода новорожденности и первых месяцев жизни; в более старших возрастах начинает преобладать гипоосмос, проявляющийся избыточным содержанием жидкости в тканях и приводящий к их отечности. Кроме того, незрелость функции почек создает предпосылки для развития ацидоза (сдвига кислотно-щелочного равновесия в организме в сторону кислотности), создающего неблагоприятные условия для обменных процессов в организме. Все это приводит к легкому возникновению расстройств, стоящих на грани между физиологическими и патологическими (болезненными).
Гормональная перестройка в периоде полового созревания также приводит к изменениям гомеостаза. Однако в этом возрасте сдвиги в обмене веществ легче компенсируются, так как гомеостатические системы подростка приближаются по уровню зрелости к таковым у взрослых.
Постоянство гомеостаза в разные возрастные периоды поддерживается через различные механизмы регулирования. Например, постоянство уровня артериального давления в молодом возрасте поддерживается за счет более высокого сердечного выброса и низкого общего периферического сопротивления сосудов, а в пожилом и старческом – за счет более высокого общего периферического сопротивления и уменьшения величины сердечного выброса. В период старения происходит не только угасание и нарушение многих процессов в организме, но и развитие специфических для этого возрастного этапа приспособительных механизмов (регуляция уровня содержания сахара в крови, кислотно-щелочного равновесия крови, осмотического давления и пр.). Однако эти механизмы обладают меньшими потенциальными возможностями, что повышает вероятность срыва адаптационных механизмов и нарушения гомеостаза при стрессах и (или) повышенных нагрузках.
