Большие биологические часы - В Дильман

"За последние недели волчата подросли и теперь размерами, да, пожалуй, и формой, напоминали взрослых сурков. Они так растолстели, что по сравнению с туловищем их лапы казались просто карликовыми, а пушистые серые шубки только - усугубляли полноту. Ничто, казалось, не предвещало, что со временем они превратятся в таких же стройных и мощных зверей, как и их родители" (Моуэт Ф. "Не кричи, волки" М., 1968), Да иначе и быть не может. Рост (и плода, и ребенка) связан с появлением новых клеток, а для них нужен, в частности, дополнительный холестерин, который, в свою очередь, синтезируется, когда увеличивается использование жира.

Но каким же образом обеспечивается усиление мощности гомеостатической системы, охраняемой законом постоянства внутренней среды?

Изучение этого вопроса приводит к выводу, что закон отклонения гомеостаза распространяется не на все регулируемые функции живого организма, а лишь на три из них. Но эти три функции контролируют три основных свойства живого организма.

Свойством, отличающим живую систему от неживой, является способность живой системы к размножению, приспособлению (адаптации) и регулированию потока энергии (или обмен веществ). Обмен веществ, обеспечивающий поддержание энергетических процессов, -- это главное из трех основных свойств живой системы. В конечном итоге живая система -- это энергетическая машина, потребляющая топливо -- пищу для поддержания своей структуры и деятельности.

В то же время деятельность живой системы в значительной степени подчинена требованиям адаптации -- приспособлению к меняющимся условиям внешней и внутренней среды организма. Чем выше способность к адаптации, тем выше жизнеспособность системы. Естественно, что в основе адаптации также лежат энергетические процессы.

Наконец, способность к размножению -- это то свойство живой системы, которое обеспечивает сохранение вида. Процесс размножения также поддерживается деятельностью энергетической системы. Крайний вариант такой поддержки демонстрирует пример, относящийся к механизму естественной гибели горбуши.

Три основных свойства живого находятся в тесном взаимодействии. Но их объединяет еще требование, предъявляемое им развитием организма. Увеличение размеров тела, усиление защитных функций и созревание способности к размножению достаточно наглядно характеризуют увеличение мощности энергетической, адаптационной и половой (репродуктивной) систем по мере развития организма.

Три свойства живого нуждаются в структурной организации, то есть наличии определенного механизма, который позволял бы им проявляться в организме. Соответственно в каждом сложном организме существуют энергетическая, адаптационная и репродуктивная системы, которые можно обозначить как энергетический, адаптационный и репродуктивный гомеостат.

Термин "гомеостат" не только по звучанию, но в известной мере и по содержанию близок к слову "термостат". И не случайно. Подобно тому как это имеет место в термостате, предназначенном для поддержания определенной температуры, в энергетическом, адаптационном и репродуктивном гомеостате существует также механизм, которым регулируется соответствующее свойство, или функция. Но регулирование это особое.

Если деятельность классических кибернетических систем обычно направлена на поддержание постоянства в контролируемой системе, как это, например, имеет место в термостате, то в энергетическом, адаптационном и репродуктивном гомеостате происходит саморазвитие, увеличивающее мощность этих систем в соответствии с потребностями развития организма. Поэтому саморазвивающиеся гомеостатические системы правильнее было бы назвать динамо-кибернетическими.

Чтобы сохранить, например, стабильность температуры в той или иной системе, чувствительность регулятора к изменению температуры должна сохраняться постоянной. В термостате как только температура достигнет своего заданного предела, происходит необходимое воздействие на регулятор, что приводит к выключению системы нагревания.

Но представим себе, что чувствительность регулятора к температуре с течением времени будет постепенно снижаться. Это неизбежно приведет к нагреванию термостата до более высокой температуры, пока не произойдет необходимого воздействия на регулятор, выключающий тепловой элемент. Если понижение чувствительности регулятора пусть медленно, но неуклонно продолжится, то термостат будет все больше и больше разогреваться. Иными словами, количество тепла, производимое термостатом, или его мощность, будет возрастать.

Итак, отличие в принципе регуляции между классическими кибернетическими системами и динамо-кибернетическими и заключается в том, что в последних чувствительность регулятора изменяется. Это при сохранении механизма кибернетической регуляции приводит, однако, в конечном итоге к нарушению стабильности, то есть к отклонению гомеостаза.

Такая ситуация изменения "точки отсчета" чувствительности гипоталамуса, контролирующего три основные истины гомеостаза, действительно имеет место. Особенно четко это прослеживается в механизме возрастного включения репродуктивной функции. Пример тем более убедителен, что, с одной стороны, половое созревание должно быть каким-то образом задержано до той поры, пока закончится развитие и рост тела, а с другой -- само половое созревание обладает наглядными чертами, характеризующими повышение мощности репродуктивной системы.

Если вспомнить общий принцип работы саморегулирующихся гомеостатических систем, легко понять, что половое созревание не может быть обусловлено первичным усилением мощности рабочей эндокринной железы -- половой железы. Иначе увеличение продукции половых гормонов полностью тормозило бы деятельность регулятора-гипоталамуса в соответствии с механизмом отрицательной обратной связи. Это устраняло бы саму возможность и регулирования и развития. Следовательно, механизм полового созревания должен быть связан с изменениями состояния самого регулятора, то есть гипоталамуса. Так оно и есть.

В ряде исследований было показано, что порог чувствительности гипоталамуса изменяется в течение всей жизни. Вскоре после рождения гипоталамус обладает максимальной чувствительностью к тормозящему действию половых гормонов. Поэтому половой центр гипоталамуса в этот период заторможен тем небольшим количеством половых гормонов, которые уже вырабатываются незрелым организмом. Это и предотвращает преждевременное половое созревание, его темпы соизмеряются с общим развитием тела.

Суть механизма возрастного включения репродуктивной функции состоит в повышении порога чувствительности гипоталамуса к тормозящему действию половых гормонов. Благодаря этому повышению гипоталамус постепенно освобождается от торможения, осуществляемого половыми гормонами по механизму отрицательной обратной связи. В результате постепенно увеличивается активность гипоталамуса, а затем и гипофиза, который, в свою очередь, своими гормонами стимулирует половые железы. Однако повышение в крови концентрации половых гормонов не ведет в этой ситуации к снижению активности гипоталамуса: благодаря все продолжающемуся повышению порога чувствительности гипоталамус вновь и вновь освобождается от тормозящего влияния половых гормонов. Так увеличивается мощность репродуктивной системы и вместе с тем сохраняется механизм саморегуляции, свойственный гомеостатической системе.

Таким образом, наряду с механизмом, который направлен на поддержание равновесия и постоянства (гомеостаза) в каждый данный момент, существует механизм, который обеспечивает нарушение гомеостаза во времени и тем самым осуществляет выполнение программы раз вития организма. И если стабильность внутренней среды организма -- закон существования организма, то запрограммированное нарушение гомеостаза -- закон развития организма. Поэтому с законом постоянства внутренней среды сосуществует закон отклонения гомеостаза.

Скептический читатель может, однако, задать вопрос: что же, собственно, нового в этом законе? Ведь и без этого ясно, что в силу самого наличия генетической программы развития должен существовать и конкретный механизм, обеспечивающий это развитие. Но на такой, казалось бы, простой вопрос можно дать ответ, именно основываясь на законе отклонения гомеостаза.

Если бы существовал лишь закон постоянства внутренней среды, необходимо было бы множество исключений, запрещающих действие этого закона во всех тех условиях, когда осуществляется развитие организма, ибо развитие, как мы только что выяснили, всегда связано с нарушением равновесия и стабильности. Иными словами, закон постоянства внутренней среды без своего антипода -закона отклонения гомеостаза -- должен был бы запрещать развитие. Следовательно, фундаментальный закон постоянства внутренней среды может существовать только в диалектическом единстве со своей противоположностью -законом отклонения гомеостаза.