Биологическая самоорганизация

Как и у настоящих  часов, где стрелки медленно ползут по циферблату, в часах, заключенных внутри нас, есть механизмы. Только в живых часах не три стрелки (если принимать во внимание и секундную, а значительно больше. Они показывают часовые, суточные, месячные, годовые ритмы, возможно, даже жизненные. А на уровне отдельных клеток минимальные временные ритмы, возможно, укорачиваются до тысячных долей секунды.

Как же эти короткие временные  ритмы передаются дальше? Где же в биологических часах второе «колесико»? Его можно рассмотреть в микроскоп, оно не так мало, как «маятник» живых часов. Роль этого колесика, по-видимому, выполняет ядро клетки. Часовым механизмом в ядре служит не генетический материал, а, скорее всего, ядерная оболочка.

Много еще в организме  есть непонятных колеблющихся систем, о которых почти ничего не известно. Например, нейроны головного мозга окружены звездчатыми клетками, их называют астроглия. Так вот эти клетки совершают одно колебание в четыре минуты. Зачем такой ритм, что он отмеряет, может быть, это маятник месячных, сезонных или годовых часов? Пока не известно.

О сезонных часах мы тоже почти ничего не знаем, кроме того, что они могут включать и выключать  на определенный сезон работу отдельных генов. Так, всем хорошо известно, что многие животные впадают в зимнюю спячку. Когда биологи посмотрели, что же происходит в организме спящих животных, то оказалось, что многие функции у них, вплоть до клеточных, выключены. Спит организм, и спят его клетки. Причем как спят! Ничем не разбудить. Вот возьмем, например, лягушку. Каждую зиму она, зарывшись в ил какого-нибудь пруда, переживает тяжелые студеные времена. В это время ее клетки не делятся — они отключены. Проследим это на клетках хрусталика глаза. Переднюю часть линзы глаза покрывает тонкая пленочка, на которой расположен только один слой клеток. Если этот монослой снять, то можно, как в кожице лука, наблюдать за клетками и их делением.

Люди, создавшие вокруг себя искусственный микроклимат  в зимнее время, не утеряли полностью  ни сезонные, ни суточные ритмы. Можно  даже сказать — человек находится во власти суточных ритмов. Более 40 физиологических процессов зависит у нас от биологических часов. На протяжении суток у человека меняется температура. Самым «горячим» он бывает в 18 часов, а самым «холодным»— между 1—5 часами. Колебания температуры составляют у разных людей от 0,6 до 1,3° С. Примерно в том же ритме меняется у человека частота сердечных сокращений и кровяное давление, но в 13 часов и в 21 час оно наиболее низкое. Известно, что анализ крови делают утром. И это потому, что именно в эти часы кровоток наполняется молодыми эритроцитами, в крови максимум гемоглобина и сахара. Даже физические нагрузки человек по-разному переносит в течение суток. Самым «сильным» человек бывает с 8 часов. И сохраняет физическую активность до 12 дня, затем следует перерыв, когда человек как бы слабеет, с 12 до 14 часов, а затем с 14 до 17 часов к нему приходит новый прилив сил. Ночью — от 2 до 5 — человек наиболее «слаб». Существует целый ряд химических веществ, способных влиять на ход живых часов.

Ученые установили, что  вещества, задерживающие образование информационной РНК, например антибиотик актиномицин-Д, влияют на ритмику фотосинтеза у водорослей. Спирт явно замедляет биологические часы, иногда суточные ритмы под его Влиянием сдвигаются на 5 часов. Сходно действуют папаверин и наркотин, правда, замедление ритмов от этих веществ не столь велико, как от спирта. Зная это,  человек может успешно управлять своей деятельностью.

Сама природа дала исследователю прибор, который позволяет  следить за временем, протекающим в живой, клетке, не внедряясь внутрь ее и сильно не нарушая взаимосвязи с другими структурами. Прибор этот — процесс деления самой клетки, или митоз. Он позволяет следить за жизненным циклом клетки, касаясь ее только световым лучом. Воздействие, конечно, есть, но оно минимально по сравнению с другими методами. Можно проследить как идет деление клетки у млекопитающих с самого начала развития.

На первый взгляд кажется  несколько странным, что слон, человек, мышь и другие млекопитающие, так сильно различающиеся по размерам и по продолжительности жизни, первые шаги на жизненном пути проделывают с одинаковой скоростью. У всех развитие начинается с одной клетки. Вот и сравним, как оно идет у слона и мыши. Слон живет около 60 лет, а мышь — 2—3 года. Эмбриональное развитие у мыши составляет 21 день, а у слона жизнь до рождения длится 660 дней, почти два года. Первые стадии развития у них начинаются с одинаковой скоростью, а как по-разному заканчиваются: слоненок только рождается, а мышь к этому времени прожила почти всю свою жизнь. Может показаться, что биологическое время у мыши бежит быстрее, чем у слона, быстрее начинается деление клеток и развитие заканчивается раньше. Оказывается, это не так. И мышонок, и слоненок, если их на этой стадии можно так назвать, первые 7 дней развиваются без связи с материнским организмом через плаценту, и скорость клеточных делений при этом у них одинаковая. Но для слона 7 дней развития из 660 почти ничего не значат, а для мыши это треть всего развития в организме матери. Как надо сконцентрировать время, чтобы за оставшиеся две недели сформировался мышонок, способный жить самостоятельно, вне организма матери? Почему же в первую неделю развития биологическое время у зародышей мыши и слона идет с одинаковой скоростью?

Ученые выяснили этот вопрос. Оказалось, что в этот период у всех зародышей млекопитающих, за некоторым исключением, куда, возможно, попадает человек, биологические часы работают без генной регуляции. Настрой ритмам задают механизмы, полученные еще по время созревания яйцеклетки, а новая программа, сложившаяся после оплодотворения, молчит.

А можно ли снять тормоз времени у взрослого организма  и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют биологическое время?

Вся опасность в этом случае заключается в нарушении  биологических часов. Ускорение  обмена веществ, деление клеток должны быть гармоничными по отношению ко всему организму, нельзя, чтобы какая-то часть; или орган обгоняли по ритмике  остальные части организма. Существуют способы, позволяющие ускорить обмен веществ и ритмику внутриклеточных систем за счет использования резервов, которые клетки сохраняют их в  случаи опасности. Значит, если дать сигнал опасности, то клетки частично снимут временной тормоз и колебательные процессы в организме пойдут с большей скоростью. Для этого необходимо воздействовать на те или иные, которые регулируют скорость химических взаимодействий  огромных биомолекул внутри клетки.

Как же можно подать клетке сигнал опасности? В процессе эволюции в клетках выработался механизм, воспринимающий продукты распада, которые получаются от страдающих по соседству клеток как сигнал опасности. Обычно молекулы, сигнализирующие об опасности, однотипны у разных организмов. Они образуются из биомолекул, в первую очередь распадающихся при вредном для организма воздействии. Получив сигнал опасности, биологические часы частично освобождают клетки от генной и гормональной опеки, и клеточные деления увеличиваются как у растений, так и у животных. Вот почему листья алоэ, находящиеся в холодильнике при 40С, содержат вещества, способные ускорить клеточные деления и обмен веществ у других организмов. Такие вещества, вырабатывающиеся в тканях животных и растений, подвергнутых неблагоприятному воздействию, назвали   биогенными стимуляторами.

        Современная биология продолжает стремительно накапливать экспериментальные данные, о том, что живые организмы обнаруживают такую степень устойчивости, какую вообще сложные структуры, состоящие из многих различных элементов, без сомнения, не могут иметь только на основании  химических и физических законов. В этом перспектива науки.

 

Заключение.

 

В своем реферате мы рассматривали  механизмы биологической самоорганизации  как процессы свойственные любому живому организму. Мы попытались выделить некоторую, достаточно общую схему процессов самоорганизации, в общих чертах справедливую как для неживой материи, так для живого вещества и общества. В каждом процессе самоорганизации  происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, новых форм организации материи, обладающих новыми свойствами. Причём это качественно не те же самые образования. Они обладают  новыми неповторимыми свойствами.

Рассмотренный механизм иммунитета на клеточном  уровне позволил  представить иммунную систему в целом.

Поскольку жизнь в  современном обществе ускоряет темп своего развития, мы пытались найти  ответы на вопросы можно ли снять тормоз времени у взрослого организма и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют биологическое время? В процессе изучения литературы по данному вопросу нами сделан вывод об опасности нарушения биологических часов. Ускорение обмена веществ, деление клеток должны быть гармоничными по отношению ко всему организму, нельзя, чтобы какая-то часть; или орган обгоняли по ритмике остальные части организма. Существуют способы, позволяющие ускорить обмен веществ и ритмику внутриклеточных систем за счет использования резервов, которые организм запасает на случай опасности для жизни организма.

Интерес представляет общность вопроса для многих наук и его  перспективность. Она заключается  том, что живые организмы обнаруживают такую степень устойчивости, какую вообще сложные структуры, состоящие из многих различных элементов, без сомнения, не могут иметь только на основании химических и физических законов. Это разрушило наши представления о всесильности  генетического контроля  процессов происходящих в живых организмах.

Работа в паре показала  нам свои  преимущества.  В процессе работы мы научились  согласовывать свои действия, планировать время, считаться с мнением друг друга. Тема показала взаимосвязь всего живого и неживого. Интернет показал свои широкие возможности по получению нужной информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Alexandrova A.Y., Dugina V.B., Ivanova O.Y. et al. Scatter Factor Induces Segregation of Multicellular Cells into Several Discrete Motile Domains // Cell Motility and Cytoskeleton. 1998. Vol. 39. P. 147-158.

2.Васильев Ю.М. Социальное поведение нормальных клеток и антисоциальное поведение опухолевых клеток. Ч. 2. Клетки строят ткань // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. N 5. С.љ20-25. 
3. Зубаиров Д.М. Как свертывается кровь // Соросовский Образовательный Журнал.1997.

4. Rodionov V.I., Borisy G.G. Self-centring Activity of Cytoplasm // Nature. 1997. Vol.386.P.170. 
5. Симаков Ю.Г.  Живые приборы. Издательство «Знание». Москва. 1986

6.Уорд Р. Живые часы. Мир,1974.

7. ref@erudition.ru

8. http://spkurdyumov.narod.ru/Zachidov11.htm

9. http://www.bibliopsy.ru/txt.php?ch=1142