§ 11. Координация и регуляция жизнедеятельности у животных

ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ И РОЛЬ ГОРМОНОВ

Организм многоклеточного животного состоит из миллиардов специализированных клеток, объединенных в ткани и органы. Чтобы это сложное сообщество работало как единое слаженное целое, в ходе эволюции сформировались две дополняющие друг друга системы управления — гуморальная и нервная.

Гуморальная регуляция (от латинского humor — жидкость) представляет собой исторически наиболее древний способ координации. Она осуществляется с помощью биологически активных веществ, растворенных в жидких средах организма — крови, лимфе или тканевой жидкости. Ведущую скрипку здесь играют гормоны (от греческого hormao — приводить в движение, побуждать). Гормоны синтезируются специализированными клетками или железами внутренней секреции (эндокринными железами), которые не имеют выводных протоков и выделяют свои секреты напрямую в кровоток. Совокупность этих органов формирует эндокринную систему.

Характернейшее свойство любого гормона — его высочайшая специфичность:

• Каждое вещество оказывает строго избирательное действие только на определенные ткани и органы-мишени. На поверхности оболочек клеток-мишеней расположены особые чувствительные белковые рецепторы, работающие по принципу комплементарности («ключ к замку»);
• Некоторые регуляторы разрушаются тканевыми ферментами за считанные секунды и действуют лишь на соседние клетки, тогда как другие циркулируют часами и вызывают длительные системные перестройки;
• Работа эндокринного аппарата контролируется безотказным принципом обратной связи: накопление избытка гормона в крови тормозит его дальнейшую секрецию железой, а дефицит — резко подстегивает синтез.

Действие различных гормонов может быть узконаправленным или комплексным. Например, половые гормоны регулируют преимущественно формирование половых органов, созревание половых клеток и появление вторичных половых признаков. Другие же вещества влияют одновременно на весь организм. Яркий пример — адреналин, гормон тревоги и мобилизации: при опасности он мгновенно усиливает и учащает сердечные сокращения, сужает сосуды кожи и внутренних органов, перенаправляет кровь к работающим мышцам, повышает температуру тела и резко выбрасывает в кровь глюкозу для энергетической подпитки.

Нарушение тонкого баланса гормонов ведет к тяжелым эндокринным патологиям, сбоям в обмене веществ и преждевременному угасанию организма. Помимо гормонов, в гуморальной регуляции участвуют и простые продукты тканевого метаболизма. Так, накопление в крови углекислого газа (CO₂) при физической нагрузке химически возбуждает дыхательный центр мозга, вынуждая животное дышать чаще и глубже.

СТРОЕНИЕ НЕЙРОНА И РЕФЛЕКТОРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Если гуморальная регуляция действует неторопливо и охватывает организм системно, то нервная система обеспечивает молниеносную, адресную связь между органами и мгновенный контакт с внешним миром.

Нервная система построена из нервной ткани, главным структурным элементом которой является нейрон. Это высокоспециализированная клетка с необычной геометрией:

• Тело нейрона: содержит ядро и органоиды, обеспечивающие синтез белков и поддержание жизнеспособности клетки;
• Короткие ветвящиеся отростки (дендриты): их чувствительные окончания улавливают малейшие сигналы извне (свет, звук, запахи, тепло, прикосновения) и проводят возникшее возбуждение к телу клетки;
• Один длинный отросток (аксон): служит проводящей магистралью, передающей обработанный электрический сигнал — нервный импульс — от тела клетки к следующему нейрону или исполнительному органу (мышце, железе).

Фундаментальным механизмом работы нервной системы служит рефлекс — стереотипная ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляемая при непременном участии центральной нервной системы. Примерами врожденных рефлексов у зверей и человека служат выделение слюны при запахе или виде пищи, слезотечение от едких паров, кашель и чихание при раздражении дыхательных путей, а также защитное отдергивание лапы от раскаленного предмета.

ЭВОЛЮЦИЯ СТРОЕНИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Сложность поведения и взаимоотношений животного с окружающей средой напрямую определяется уровнем развития его нервного аппарата. В истории биосферы нервная система прошла долгий путь усложнения:

• Сетчатая (диффузная) нервная система: характерна для низших многоклеточных — кишечнополостных (пресноводная гидра, медузы). Звездчатые нейроны разбросаны по телу и контактируют своими отростками, формируя сплошную сеть. При уколе иглой сигнал волной расходится по всему организму, и гидра сжимается в комочек;
• Стволовая (лестничная) нервная система: возникает у свободноживущих плоских червей (планарий). Происходит концентрация нейронов: на переднем конце тела обособляются парные головные узлы (ганглии), от которых вдоль тела тянутся продольные нервные стволы, соединенные поперечными перемычками;
• Узловая нервная система: присуща кольчатым червям, моллюскам и членистоногим. Характеризуется формированием мощного окологлоточного кольца с надглоточным узлом («головным мозгом») и брюшной нервной цепочки со сгустками нейронов в каждом сегменте;
• Трубчатая нервная система: характерна исключительно для хордовых и позвоночных животных (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих). Она закладывается на спинной стороне зародыша в виде полой трубки и затем дифференцируется на спинной и головной мозг, от которых во все уголки тела отходят нервы.

Ключевым эволюционным новшеством позвоночных стала особая жироподобная изоляция — миелиновая оболочка, плотно окутывающая длинные отростки нейронов. Благодаря ей нервный импульс не рассеивается, а скачкообразно мчится по аксонам со скоростью до 100–120 метров в секунду, что в десятки раз быстрее, чем у беспозвоночных.

ПЯТЬ ОТДЕЛОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПОЗВОНОЧНЫХ

Главным командным и координирующим пунктом позвоночных животных выступает головной мозг, защищенный прочной черепной коробкой. У всех классов позвоночных он состоит из пяти преемственных отделов:

• 1. Продолговатый мозг: древнейший отдел, служащий прямым продолжением спинного мозга. Отвечает за безусловные рефлексы выживания — координацию дыхательных движений, ритм сердца, сосудистый тонус, глотание, рвоту, кашель и чихание. Повреждение продолговатого мозга неминуемо ведет к мгновенной гибели;
• 2. Мозжечок: отвечает за ювелирную координацию движений, точность прыжков и маневров, мышечный тонус и сохранение равновесия в пространстве. Наиболее развит у активных, стремительно передвигающихся животных — костных рыб, летающих птиц и быстрых хищных млекопитающих;
• 3. Средний мозг: обеспечивает первичную обработку зрительных и слуховых стимулов, руководит ориентировочными рефлексами настораживания (поворот головы на шорох или вспышку света), а также регулирует тонус скелетных мышц;
• 4. Промежуточный мозг: выступает универсальным распределителем всей поступающей сенсорной информации. Здесь сосредоточены высшие центры терморегуляции, голода, жажды, а также гипоталамус, связывающий нервный контур с железами внутренней секреции;
• 5. Передний мозг (конечный мозг): разделен на два полушария. У низших позвоночных он отвечает лишь за обоняние, но у птиц и млекопитающих становится крупнейшим отделом.

У высокоразвитых млекопитающих наружный слой полушарий образует кору больших полушарий, собранную в глубокие борозды и извилины для многократного увеличения рабочей площади. Кора является материальной основой высшей нервной деятельности, памяти, обучаемости, рассудочного мышления и управления адаптивным поведением зверя в быстро меняющемся мире.

НЕЙРОГУМОРАЛЬНОЕ ЕДИНСТВО ОРГАНИЗМА

Нервная и гуморальная системы работают не изолированно, а в неразрывной связке — образуя нейрогуморальную регуляцию. Они гармонично делят между собой обязанности:

• Гуморальное звено: задает длительные, плавные базовые ритмы — контролирует рост тела, эмбриональное развитие, смену сезонов, цикличность размножения и постоянство солевого состава плазмы;
• Нервное звено: реагирует точечно и молниеносно, позволяя зверю за доли секунды среагировать на приближение хищника, поймать добычу или уклониться от падения.

Тесная связь нервной системы с органами чувств (глазами, ушами, рецепторами кожи, языка и носа) позволяет собирать исчерпывающие данные о внешней среде, перерабатывать их в центральных узлах мозга и мгновенно отдавать команды мышцам и железам. Благодаря нейрогуморальной регуляции достигается совершенный гомеостаз — динамическое постоянство внутренней среды и устойчивость всех жизненных функций животного.