Для координації поведінки і взаємодії організмів, а також органів і клітин всередині організму необхідна сигналізація.
Тварини використовують перш за все запахи. тобто хімічну сигналізацію. Пахучі речовини - різноманітні молекули - виділяються у тварин шкірними залозами, з повітрям, що видихається, з сечею і іншими рідинами, а у рослин листям, корою, квітками. Сприймаються запахи у різних тварин нюховими органами або дифузно розсіяними в покривах хеморецепторную клітинами. Розрізняють, з одного боку, атрактанти - залучають речовини, в тому числі феромони - привертають статевого партнера, з іншого - репеленти - відлякують речовини. Атрактанти і репеленти дуже ефективні в боротьбі з шкідливими комахами, равликами, гризунами та іншими тваринами. Діапазон їх дії може досягати декількох кілометрів. Пахучі трави, масла застосовували з давніх часів. В даний час в якості атрактантів та репелентів все частіше використовують синтетичні препарати, які своєю молекулярною структурою як би наслідують природним пахучим речовинам.
Багато організмів використовують для спілкування світло. Світінням володіють деякі бактерії, гриби, найпростіші, медузи, ракоподібні, комахи, риби. Спеціальні речовини - люмінофори виділяють порції світлової енергії під дією короткохвильового випромінювання, електричного розряду або хімічної реакції. Це явище, зване люмінесценцією, відомо також в неживій природі - наприклад, світіння білого фосфору, серністних з'єднань кальцію, барію, стронцію. Біолюмінесценція використовується різними організмами для освітлення і приманки видобутку, відлякування хижаків, залучення статевого партнера.
Важливе значення в сигналізації у тварин мають також звуки, пози, жести. В еволюції людини ці форми сигналізації ставали ведучими. Надаючи особливого значення мови як форми спілкування людей, академік І.П. Павлов назвав її другою сигнальною системою. протиставивши всім іншим сигналам, об'єднаним в поняття першої сигнальної системи. Особливість мови як способу сигналізації полягає в тому, що в словах міститься узагальнення незліченних сигналів першої сигнальної системи, і, таким чином, слова стають «сигналами сигналів». Мова є одним з проявів і в той же час інструментом вищої нервової діяльності людини (див. Нижче).
Усередині організму для взаємодії між органами, тканинами і окремими клітинами і для сприйняття сигналів із зовнішнього світу використовуються гормональні та нервові механізми регуляції.
Більшість гормонів за хімічною природою представляють пептиди (малі білки), бувають також стероїди (з класу ліпідів) і моноаміни (перероблені амінокислоти). Кожен гормон впливає на певні клітини-мішені або кілька типів клітин. Сприйняття гормонального сигналу здійснюється спеціальними молекулами-рецепторами (гликопротеидами або гліколіпідами), розташованими в оболонці або в цитоплазмі клітини (рис. 9). Збуджений рецептор, каталізує ланцюг хімічних реакцій, передає сигнал далі - на робочі структури клітини. В результаті йде відповідна реакція у формі секреції (викиду активних речовин), специфічних синтезів, розмноження і росту клітин. Таким чином, гормони беруть участь у регуляції функціонування, зростання і розвитку організму. На всіх етапах від впізнавання гормону клітинним рецептором до відповідної реакції здійснюються елементарні фізико-хімічні процеси: молекулярне впізнавання на основі стереохимического відповідності (ключ-замок), оборотне конформационное зміна ( «здригання») молекул, перехід енергії з однієї реакції в іншу і т. п.
Нервова регуляція відбувається за допомогою особливих нервових клітин (нейронів), що мають довгі відростки і пов'язані в нервові ланцюги або мережі різної складності. Нервова регуляція є вже у гідр і медуз - найбільш простих багатоклітинних тварин, а найвищого розвитку досягає у хребетних, особливо у людини з його розвиненим головним і спинним мозком, вегетативної системою гангліїв і локальними скупченнями нейронів у внутрішніх органах. Буквально кожну ділянку тіла пронизаний нервовими відростками і їх розгалуженими закінченнями, що дозволяє організму мати інформацію про стан умов середовища у всіх його точках і управляти цими станами - як правило за участю гормональної регуляції. На основі нервових зв'язків формуються складні програми внутрішньої регуляції органів, поведінки і вищої нервової діяльності.
Найбільш складним проявом вищої нервової діяльності у людини виступає свідомість як вищий рівень психічної активності. Найважливішою функцією свідомості є мислення з його основними операціями абстрагування, узагальнення, опосередкування та ін. Мислення направлено на усвідомлення істоти предметів і явищ, творення нових ідей, уявне побудова дій і передбачення їх наслідків. Мислення представляє вищу форму активного відображення об'єктивної реальності.
Чи здатна сучасна наука пояснити природу нервової діяльності, зрозуміти тонкі механізми роботи мозку? У нейробіології залишається багато питань і білих плям, оскільки мова йде про найскладнішою формою прояву життя, але елементарні процеси вивчені досить добре. Як уже сказано вище, структурною одиницею нервової тканини є нервова клітина - нейрон. Нейрони мають численні розгалужені зв'язки, особливо складні в корі головного мозку. Зв'язки поширюються, з одного боку, на чутливі рецептори (шкірні, зорові, слухові, нюхові, рецептори внутрішніх органів), а з іншого - на всі регульовані виконавчі органи (м'язи, травний тракт, залози та ін.). Елементарним явищем в нервової регуляції виступаетрефлекс - відповідна реакція органу (організму) на зовнішнє або внутрішнє роздратування, здійснювана через нервову систему (рис. 10). Подання про рефлексах було висунуто ще в 17 столітті французьким натуралістом і філософом Р. Декартом, відносить їх до автоматичних мимовільним діям. Російський фізіолог І.М. Сєченов в 1863 р стверджував, що «всі акти свідомого і несвідомого життя за способом походження суть рефлекси». У 20 столітті ця концепція була розвинена І. П. Павловим у вченні про безумовних і умовних рефлексах. Численні і різноманітні рефлекси складаються в складні поведінкові акти, інстинкти, на їх основі і розвивається вся вища нервова діяльність. У нижчих тварин переважають спадково закріплені безумовні рефлекси. а у людини домінують придбані умовні рефлекси, що закріплюються в процесах навчання, виховання, трудової діяльності.
Відомі й біофізичні принципи роботи нейронів. За відростках нейронів сигнали можуть передаватися на великі відстані за соті частки секунди. Торкніться рукою гарячого предмета - тут же послідує рефлекторний відповідь. А, між іншим, сигнал встигає пробігти по чутливих нервових волокнах від пальців в спинальні ганглії і далі в спинний мозок, переключитися на інші нервові клітини і повернутися до м'язів, отдергивают руку від гарячого предмета (див. Рис. 10). Встановлено, що передача сигналу по нервового волокну здійснюється за допомогою електричних струмів і електромагнітних полів. генеруються в поверхневій мембрані нейрона.
Розглянемо схему генерації і проведення нервового імпульсу (рис. 11).
Спочатку завдяки роботі іонних насосів (див. Сегмент 16, активний транспорт іонів) на мембрані нервової клітини накопичується різниця потенціалів (плюс зовні, мінус зсередини), що досягає 80 мілівольт. Основним носієм зовнішнього позитивного заряду є іони натрію. При подразненні ділянки мембрани розкриваються білкові пори, через які іони натрію спрямовуються в клітину (за законом простої дифузії). Потік заряджених частинок, в даному випадку - потік іонів натрію по водно-білкового каналу, представляє електричний струм. Як добре відомо, електричний струм породжує навколо провідника електромагнітне поле; те ж саме відбувається в електродвигуні на обмотках ротора. Виник електромагнітне поле тут же перекидається на сусідні білкові пори, розкриваючи їх для іонів натрію. Породжується ланцюгова реакція від однієї пори до іншої, яка поширюється вздовж усього нервового волокна. Завершується передача нервового імпульсу роздратуванням мембрани на кінчику волокна і викидом порції медіатора - речовини, що порушує наступну клітину. Якщо це буде м'язова клітина, піде сократительная реакція за участю микронитей і міозину (див. Сегмент 15 і рис. 7). У соматичної нервової системи сигнали проходять особливо швидко, так як великі відрізки волокон покриті так званої міеліновой оболонкою, і електромагнітне поле «перескакує» через ці ділянки, а не «повзе» по всім порам мембрани. Ситуація порівнянна з тією, коли кінь під вершником або хижак, який переслідує здобич, переходять з бігу риссю в галоп.
Зауважимо, що електричної збудливістю і провідністю мають і інші тканини, зокрема м'язові пучки серця. Це дозволяє організувати його ритмічну, безперебійну і певною мірою автономну роботу. У разі зупинки серця, якщо в ньому не відбулися сильні структурні порушення, відновити роботу можна розрядами електричного струму, що і робиться в екстреної медицини.
Електрична активність провідників мозку, серця та інших органів складається в деякий сумарне біополе кожного окремого органу і всього організму. Це електромагнітне поле легко реєструється і служить цінним діагностичним ознакою при виявленні захворювань серця і мозку (електрокардіографія, електроенцефалографія). Особливо чутливі люди - екстрасенси - здатні вловлювати своїми рецепторами коливання чужого біополя і навіть ставити деякі діагнози.
З розгляду механізмів біологічної сигналізації видно, що в їх основі лежать елементарні фізико-хімічні процеси. Білково-вуглеводні рецептори клітинних мембран стереохимической розпізнають різні сигнальні молекули - атрактанти і репеленти, гормони і медіатори. Сприйняття світла, а значить і зорових образів, засноване на електромагнітному збудженні білкових рецепторів в мембранах світлочутливих клітин - колб і паличок - в сітківці ока. У всіх випадках реагують молекули зазнають оборотну конформаційну денатурацію. У передачу сигналів часто залучаються ферментативні реакції, де робочим моментом також є конформационная перебудова. Практично всі сигнальні і регуляторні процеси відбуваються з витратою енергії. Сонячна енергія в клітинах рослин генерує синтез глюкози, окислення глюкози у тварин дає енергію для синтезу молекул АТФ. З макроергічних зв'язків АТФ енергія переходить в роботу - перетворюється в інші хімічні зв'язки, в електричну, світлову, механічну енергію і розсіюється в космос у вигляді залишкового тепла. Як і інші види життєдіяльності, сигналізація, гормональна і нервова діяльність представляють варіанти існування і перетворення матерії - речовини і поля.
ВИСНОВОК ПО ТЕМІ 2