ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 84, № 3, с. 253-260
ЭССЕ
Б01: 10.7868/80869587314030116
ПРЕДВОСХИЩЕНИЕ МАКСИМИЛИАНА ВОЛОШИНА И ЭВОЛЮЦИЯ ГОМЕОСТАЗА
Ю.В. Наточин
В 1907 г. Максимилиан Волошин писал: "Плоть человека — свиток" [1, с. 452], годы спустя это обретает поэтическую форму в главе "Огонь" поэмы "Путями Каина", которая начинается двустишием:
Плоть человека — свиток, на котором Отмечены все даты бытия [1, с. 204].
То, о чём пойдёт речь далее, может быть расшифровкой глубокого проникновения поэта в суть вещей, а может быть навеяно моими фантазиями, возникшими под влиянием его поэзии. Обратимся к фактам, образам поэта и обобщениям биолога.
Биогенетический закон, а его знает даже школьник, гласит: сформировавшийся организм животных и человека, если проследить этапы его становления от зарождения до времени полного развития в ходе онтогенеза, проходит ключевые стадии исторического развития вида, филогенеза. Иными словами, воспроизводятся основные вехи того, что было в жизни вида от его очень далёких предков до нынешнего времени. В науках о жизни это обрело строгость почти математической формулы: онтогенез повторяет филогенез. Оказалось, что и при заболеваниях, когда в той или иной степени страдают функции организма, происходит распад, деградация функций, их состояние постепенно, поэтапно возвращается к исход-
НАТОЧИН Юрий Викторович — академик, и.о. академика-секретаря Отделения физиологии и фундаментальной медицины РАН.
ным, низшим ступеням жизни. Эта мысль получила обоснование в актовой речи академика Л.А. Орбели по случаю 158-й годовщины Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова: "Мы находим на каждом шагу подтверждение того факта, что очень многие патологические процессы представляют собой до известной степени отражение пути, который прошёл организм в процессе эволюции" [2, с. 448].
Жизнь зародилась, развивалась, тому есть многие доказательства у палеонтологов, зоологов, эмбриологов, молекулярных биологов. К пониманию природы этого явления причастны физиологи, которые пытаются по имеющимся фактам представить этапы становления и усложнения функций, способы приспособления живых существ к разным условиям существования — в океане, пресных водах, на суше, в многодневном парении в воздухе, жизни на льду или в жарком климате пустыни. Как это было? Как формировался облик современной живой природы от протоклетки, первой особи к высшим формам живого? Совокупный талант и интуиция многих исследователей были необходимы, чтобы понять, раскрыть и описать строгим и в то же время доступным языком эволюцию живого, последовательно расставить факты в становлении изучаемого явления. Естествоиспытатели излагают это в прозе, поэтам дано выразить свои ощущения стихами.
Начну с нескольких строф поэмы М. Волошина, в которой эволюция живого и его функций, адаптация к разным средам — морю, реке, суше — была интуитивно представлена почти век назад, ещё до того, как появились серьёзные публикации на эту тему в научных изданиях по биологии и сравнительной физиологии. Мысленно перенесёмся от строгих документированных фактов к поэтическим образам. Этот шаг тоже относится к проблемам науки, пониманию природы интуиции, того, без чего нет науки и её творцов. В первой четверти XX в. М. Волошин в поэме "Путями Каина" даёт картину развития жизни на Земле:
В начале был единый Океан, Дымившийся на раскалённом ложе. И в этом жарком лоне завязался Неразрешимый узел жизни: плоть, Пронзённая дыханьем и биеньем. Планета стыла. Жизни разгорались. Наш пращур, что из охлаждённых вод Свой рыбий остов выволок на землю, В себе унёс весь древний Океан С дыханием приливов и отливов, С первичной теплотой и солью вод — Живую кровь, струящуюся в жилах [1, с. 204].
Анализ этого текста будет обсуждаться нами в виде импровизации, напоминающей комментарий к литературному произведению. С.А. Рейсер объясняет, что в литературоведении комментарий "не представляет собой чего-то автономного от текста, он подчинён ему — он должен помочь читателю понять текст" [3, с. 293]. Примером может служить многостраничный прекрасный комментарий Ю.М. Лотмана к "Евгению Онегину" [4]. В нашей статье поэтические образы М. Волошина будут сопровождаться естественно-научным комментарием, ссылками на публикации в отечественных и международных журналах.
Возраст Земли установлен, он составляет около 4.4 млрд. лет [5]. Вода в значительных количествах появилась на нашей планете около 4 млрд. лет назад, возникновение первых живых организмов датируют приблизительно 4 млрд. лет [6]. Если считать эти даты обоснованными, становится ясно, что жизнь возникла намного раньше, чем предполагали ещё сравнительно недавно. Исходя из работ А.Ю. Розанова [6], природе потребовалось менее 0.5 млрд. лет, чтобы создать первый живой организм, осуществить труднейшую задачу — на остывающей планете, необитаемой Земле обеспечить зарождение самовоспроизводящейся живой системы. При всей кажущейся простоте первого живого организма по сравнению с современными формами это был невероятный по сложности прорыв от окружающего мира неорганической природы к живому существу, микроорганизму.
Шло развитие живого, многие сотни миллионов лет назад одноклеточные существа положили начало появлению большого разнообразия видов многоклеточных морских животных. В палеозойском море палеонтологи нашли остатки древних моллюсков, членистоногих и многих иных беспозвоночных организмов. В первом томе "Сравнительной физиологии животных", опубликованном около полувека назад, Л. Проссер отвечает на вопрос о возможном солевом составе водной среды в период формирования многоклеточных организмов. Ссылаясь на данные геохимии, он
полагает, что ионный состав морской воды не претерпел существенных изменений с раннекембрий-ского периода до наших дней, хотя её общая солёность, по-видимому, несколько возросла [7]. Отметим, речь идёт не о возникновении жизни, а о времени появления большого разнообразия морских многоклеточных организмов. Этот научный текст соответствует поэтическому образу М. Волошина: "Планета стыла. Жизни разгорались". Когда одноклеточные стали объединяться, когда появились многоклеточные животные, у них неизбежно сформировалась среда между клетками — внеклеточная жидкость. У обитавших в океане организмов она мало отличалась по солевому составу от морской воды.
Необходимо было обеспечить движение этой жидкости в теле, и возникает система сосудов, появляется орган, который осуществляет движение крови по сосудам, — сердце. Так наш пращур, по терминологии Волошина, "в себе унёс весь древний Океан" в виде "живой крови, струящейся в жилах", сосудах. Постепенно у этих существ сформировались физиологические системы обновления крови, снабжения её кислородом (жабры, лёгкие), питательными веществами (система пищеварения), удаления ненужных веществ (почки). Иными словами, появились органы дыхания, сформировались желудочно-кишечный тракт, сердце и система кровообращения, а для выделения избытка жидкости и растворённых веществ — нефридии, орган Боянуса, целомодукты, почки.
И снова гениальное прозрение — теперь французского физиолога К. Бернара во второй половине XIX в. Гемолимфа и кровь, образующаяся из неё внеклеточная жидкость создают внутреннюю среду организма, которая может рассматриваться как море внутри организма: к каждой клетке притекает постоянно обновляемая околоклеточная жидкость. Это внутренняя среда организма животных и человека. Кровь, "струящаяся в жилах", отвечает двум критериям: она непрерывно обновляется и её физико-химические характеристики поддерживаются неизменными в течение всей жизни и с особой точностью. Речь идёт прежде всего об осмотическом давлении, концентрации катионов (натрий, калий, кальций) и анионов (хлориды, фосфаты, карбонаты), кислотности этой среды (рН). Наши исследования очень широкого круга организмов — червей и моллюсков, круглоротых и рыб, рептилий и птиц, амфибий и млекопитающих, человека в разных условиях показали, что такой физико-химический параметр, как осмоляльность, то есть общая концентрация всех растворённых веществ в сыворотке крови, поддерживается очень строго, а у человека даже с большей воспроизводимостью и точностью, чем позволяет измерить стандартная физическая аппаратура. Нам пришлось сконструировать дифференциальный осмометр, чтобы точно измерить
степень колебания этой величины у человека. Данный показатель очень строго контролируется в организме каждого здорового человека системой осморегуляции. Огромное значение имеет и осмоляльность крови, и высокостабильная концентрация каждого из неорганических веществ в ней. Оказалось, что состав внеклеточной жидкости у многоклеточных животных и человека качественно сходен с солевой формулой древнего моря, которое в себе унёс "наш пращур" (рис. 1). В плазме крови человека, крысы, лягушки и многих других животных соотношение ионов калия, натрия, кальция практически близко тому, что имеется в современной морской воде. В клетках ситуация качественно иная: доля ионов калия высока, а натрия, напротив, низка.
Понятие о крови как о внутренней среде организма, представление о поддержании постоянства этой среды, гомеостазе относится к базовым положениям современной физиологии. Эта идея, высказанная К. Бернаром в XIX в., была поддержана и развита в XX в. — в Великобритании Дж. Баркрофтом, в США У. Кэнноном, в нашей стране Л.А. Орбели. Значение внутренней среды организма (milieu intérieur, по мысли К. Бернара) состоит в том, что её постоянство лежит в основе свободной и независимой жизни особи. В 1920-х годах У. Кэннон развил эту мысль и предложил термин "гомеостаз", иными словами, физиологический механизм поддержания постоянства физико-химических параметров жидкостей внутренней среды — внеклеточной жидкости, околоклеточной среды. Очень важно понять, что речь идёт о стабильности среды, окружающей каждую клетку живых существ. Постоянство параметров околоклеточной среды является обязательным условием для точной реакции клеток на нервный импульс или гормон, для её деятельности в необходимых для жизни особи очень широких пределах изменений вн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.