18. РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ У РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ

• Как шло совершенствование нервной системы животных в процессе эволюции?
• В чём различие между регуляцией функций у растений и животных?

Способностью поддерживать относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды — гомеостазом, обладают все живые организмы, иначе они не смогли бы выжить в непрерывно меняющейся обстановке. Даже относительно простым организмам, таким, как простейшие или бактерии (хотя на самом деле они намного сложнее любого искусственного устройства, созданного человеком), необходимо одновременно решать множество сложнейших задач: надо выжить при высыхании любимой лужи, надо найти пищу, надо спастись от хищной инфузории... а тут наступило время делиться.

У одноклеточных существ нет и не может быть нервной системы, однако раздражимость у них развита хорошо, а потому они способны реагировать на изменения в окружающей их среде.

Регуляция функций у растений. Растениям, как и любым другим существам, внутренняя координация жизненных функций необходима для того, чтобы процессы размножения, развития и роста осуществлялись упорядоченно, и растение функционировало как единое целое. Но у растений, так же как и у грибов, нет нервной системы, и объединить множество клеток можно лишь управляющими химическими веществами. Такая химическая регуляция называется гуморальной, а вещества — регуляторы растений — ростовыми веществами или фитогормонами. Реакция растений на внешние раздражители проявляется сравнительно медленно и чаще всего выражается в настиях и тропизмах (см. § 17).

Известно несколько классов фитогормонов, которые, вырабатываясь в различных частях растений, распространяются по их проводящим системам — флоэме и ксилеме.

Ауксины. Изучая явление фототропизма, Чарлз Дарвин и его сын Френсис предположили, что освещаемые клетки верхушки проростка овса выделяют какие-то вещества, которые заставляют клетки зоны роста делиться таким образом, что рост растения происходит в направлении источника света. Если эти клетки верхушки удалить или перекрыть доступ к ним света, то и фототропизм не проявится. Позднее, в 1931 г., Фриц Вент выделил данное вещество и назвал его ауксином (от греч. auxs — увеличивать, выращивать). Затем была обнаружена целая группа похожих регуляторов, ускоряющих рост и растяжение различных частей растений. Ауксины непрерывно вырабатываются в верхушке побега, корня и в молодых листьях, стимулируя их рост и созревание плодов.

Гиббереллины. В начале прошлого века японские учёные исследовали болезнь риса, вызываемую определённым видом гриба. Им удалось получить экстракт гриба, вызывающий симптомы болезни у растений. Этот экстракт содержал целый набор веществ, названных гиббереллинами. Они содержатся не только в грибах, но и в молодых, активно растущих частях растений, заставляют прорастать покоящиеся семена и почки. Под действием гиббереллинов можно превратить низкорослое растение фасоли в подобие лианы и собрать большой урожай.

Ауксины, гиббереллины и некоторые другие фитогормоны применяются в агропромышленном производстве. Их используют для стимуляции завязки плодов у томатов, инжира, перца, винограда и ускорения развития корневых систем при вегетативном размножении стеблевыми черенками.

Цитокинины. Это представители ещё одной группы ростовых веществ, стимулирующие деление клеток, продлевающие срок хранения свежих листовых овощей (салат, капуста) и сорванных цветов.

Но для любой нормальной регуляции нужны вещества, не только ускоряющие процессы, но и способные их подавлять. Нашлись такие вещества и у растений. В середине XX в. английские учёные поместили берёзу в условия приближающейся зимы. Из листьев такой берёзы получили экстракт, тормозивший активность её почек. Позднее похожие вещества в сходных условиях обнаружили и у других растений. Они получили название абсцизовая кислота. Эта кислота является природным антагонистом всех трёх классов растительных стимуляторов — ауксинов, гиббереллинов и цитокининов — и может в больших дозах полностью останавливать рост растений.

Регуляция функций у животных. У животных в связи с их активным образом жизни невозможно ограничиться надёжной, но происходящей довольно медленно химической регуляцией при помощи гормонов. Поэтому у них в процессе эволюции к химической регуляции добавилась нервная, и сформировались две тесно взаимосвязанные регуляторные системы — эндокринная и нервная.

Основой нервной системы являются нервные клетки, или нейроны, которые способны воспринимать внешние раздражители и при помощи коротких электрических сигналов, называемых импульсами, передавать информацию в нервные центры для анализа. На основе этого анализа другие нейроны посылают электрические импульсы или к мышцам, или к внутренним органам для обеспечения наиболее адекватной реакции всего организма или какой-то его части на внешний раздражитель. Этим реагирующим внутренним органом может быть и железа внутренней секреции, выделяющая гормон в ответ на сигнал из центральной нервной системы. Таким образом, нервная система первой реагирует на внешние раздражители быстрыми и точными, но чаще кратковременными изменениями в состоянии организма животного. А эндокринная (гормональная) система регуляции запускается нервной системой для того, чтобы обеспечить хоть и более медленный, но зато долговременный ответ всего организма, например рост животного или процессы полового созревания.

У животных гормональная и нервная системы развивались параллельно, взаимодействуя друг с другом, а у растений сложилась лишь система химической регуляции жизнедеятельности. Учёные полагают, что наличие у животных нервной системы связано с тем, что они должны добывать пищу, а для этого необходимы устойчивая опорно-двигательная система, развитые органы чувств и, главное, надёжная и быстрореагирующая система управления организмом, т. е. нервная система.

У простейших, естественно, не может быть нервной системы, ведь весь их организм — одна-единственная клетка, но даже у них для обеспечения правильной реакции на внешнее воздействие развиваются предшественники органов чувств, например светочувствительный глазок у эвглены или предшественники мышц — мионемы у инфузорий.

Наверное, одна из самых простых нервных систем появляется у кишечнополостных. Так, у гидры разбросанные по всему телу нервные клетки соприкасаются своими отростками, образуя простейшую сетчатую нервную систему, лишённую скоплений клеток, т. е. нервных узлов. Но и такая нервная система позволяет гидре ловить добычу и защищаться от врагов (рис. 69). Однако такое строение нервной системы может обеспечить потребности лишь малоподвижных животных. У активно двигающихся кишечнополостных, например медуз, появляются нервные узлы, светочувствительные глазки и органы равновесия. Всё это позволяет им прекрасно двигаться, охотиться, «предчувствовать» изменения погоды — улавливать быстро распространяющиеся в воде колебания от приближающегося шторма и уходить на глубину.

Таким образом, уже начиная с самых древних многоклеточных существ эволюция пошла по пути усложнения нервной системы с помощью формирования скоплений нервных клеток — нервных узлов, а в дальнейшем — и головного мозга.

У беспозвоночных животных нервная система узлового типа. Например, очень хорошо развита нервная система и органы чувств у насекомых (рис. 70). А у представителей головоногих моллюсков (кальмаров и осьминогов) крупные нервные узлы сближены и защищены от повреждений специальной хрящевой капсулой, выполняющей роль черепа.

Начало нервной системе хордовых положила нервная трубка ланцетника, располагавшаяся на спинной стороне тела над хордой. В процессе эволюции из переднего конца этой трубки сформировались отделы головного мозга, а из остальной её части — спинной мозг (рис. 71).

В ряду позвоночных, от рыб и до млекопитающих, головной мозг становится всё крупнее, а функции его всё усложняются. В первую очередь совершенствуются те отделы мозга, которые обрабатывают информацию, поступающую от органов чувств, в противном случае мозг не смог бы обеспечивать адекватность реакций. И конечно, развиваются двигательные центры различных отделов мозга, отвечающие за быстроту и скоординированность движений, без чего не поймать добычу и не спастись от врага. Эти эволюционные процессы у позвоночных сопровождались усиленным развитием самого молодого отдела головного мозга — коры больших полушарий, которая достигает наибольшего объёма у млекопитающих. В теменном отделе коры имеется обширная зона, куда поступает информация от рецепторов кожи, суставов, костей, мышц. Именно здесь создаётся полная картина о положении тела и его частей в пространстве. Эту зону называют соматосенсорной корой. А непосредственно впереди неё располагается двигательная кора, нейроны которой посылают управляющие сигналы ко всем частям тела, способным совершать произвольные движения (рис. 72). Таким образом, эволюция создала в коре две «карты» человеческого тела для управления движением: чувствительную и двигательную.

Запомнить: гомеостаз; ростовые вещества, фитогормоны, ауксины, гиббереллины; нервная система, нервная трубка.

Выводы

Для существования любым живым организмам необходима точная координация жизненных функций. У растений регуляция осуществляется с помощью химических веществ — фитогормонов. У животных в связи с активным образом жизни появились две взаимосвязанные регуляторные системы: быстрореагирующая нервная система и обеспечивающая более медленный, но долговременный ответ всего организма эндокринная система.

Думай, делай выводы, действуй

Проверь свои знания

1. Какова роль регуляции функций в жизни организма?
2. Как осуществляется регуляция функций у растений?
3. Что такое ростовые вещества?
4. Как осуществляется регуляция функций у простейших организмов?
5. Каковы особенности нервной регуляции?
6. Чем гуморальная регуляция отличается от нервной регуляции функций организма?

Выполним задание

Перечислите основные ростовые вещества, охарактеризуйте их.

Обсуди с товарищами

Каковы причины появления в процессе эволюции нервной системы у животных?

Выскажи мнение

Какая регуляторная система, по вашему мнению, «командует парадом» в организме животных? Ответ аргументируйте.