WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

Среди молекул, передающих дистантные химические сигналы, существуют и такие, которые действуют не через молекулярные рецепторы, лежащие на клеточной мембране, а проникают внутрь клетки (гидрофобные). Из веществ этого типа особое значение имеют те, которые оказывают непосредственное влияние на экспрессию генов, разумеется через активацию соответствующих внутриклеточных белков-рецепторов. В частности, таковы стероидные гормоны (к ним принадлежат гормоны коркового слоя надпочечников и половые гормоны), которые вызывают появление вторичных половых признаков или перестройку организма в период беременности, а также гормоны щитовидной железы. Эти гормоны могут проникать через мембраны и попадать в разные клетки. Если в цитоплазме клетки нет белка-рецептора, то гормон на нее не действует. Попав внутрь клетки, в которой есть белки-рецепторы, молекулы гормона связываются с ними и меняют форму рецепторного белка. Такой активированный белок проникает через ядерную мембрану в ядро клетки и соединяется с участками ДНК, расположенными перед определенными генами. Эти специфические участки имеются не у всех генов, а только у тех, которые регулируются такими гормонами. В результате эти гены включаются, и клетка-адресат начинает вырабатывать определенный белок или несколько белков. Первый гормон, для которого был показан такой механизм действия, экдизон — стероидный гормон, вызывающий линьку насекомых.

Выше мы говорили, что деятельности разных органов многоклеточного организма должны быть согласованы между собой. Действие гормонов дает удивительный пример такой согласованности.

Действительно, в клетках одних органов (обычно в железах внутренней секреции) работают одни гены, обеспечивающие синтез того или иного гормона, а в клетках других органов (мишеней данного гормона) работают совершенно другие гены, которые обеспечивают синтез белков-рецепторов, улавливающих те гормоны, которые адресованы к этим органам.

19. Специализированные рецепторные клетки. Многоклеточность позволяет организмам получать такую информацию о внешней среде, которая была недоступна одноклеточным. Например, двумерный слой фоторецепторных клеток позволяет воспринимать изображение окружающих предметов и получать информацию о форме окружающих предметов, в то время как одноклеточные организмы могут воспринимать только уровень освещенности окружающей их среды. ВозникновеИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ТОМ 3 № 2 О ПОНЯТИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, 2 ние колбочек с разными спектральными характеристиками сделало возможным для многоклеточных восприятие цвета предметов.

Увеличение размеров и мощности многоклеточных организмов позволило им использовать активные формы локации окружающей среды. Мы имеем в виду эхолокацию у летучих мышей и дельфинов и электролокацию у некоторых видов рыб. Возникновение новых органов многоклеточных требовало выработки способов регуляции их работы. А для этого было необходимо получать информацию об их состоянии. Например, появление кровеносной системы требовало регулировать давление в ней и у многоклеточных появились рецепторы давления. Для работы скелетных мышц требуется многоуровневая система управления ими. У многоклеточных появились рецепторы, которые позволяют измерить длину мышцы, ее напряжение, скорость сокращения и др.

20. Иммунитет. Вершиной допсихического “интеллекта” эволюции является система иммунитета позвоночных. Она состоит из многих подсистем, имеющих самостоятельное значение, но находящихся в очень тесном взаимодействии, в основном сигнального характера. Эти подсистемы можно грубо разделить на неспецифические (эволюционно более древние и основанные на фагоцитозе) и специфические. Специфичность системы второго типа означает, что “нападающая сторона” содержит элементы, которые могут быть “прочитаны” такой системой в том смысле, что к каждому из них может быть подобран ключ, способный связаться с этим и только этим элементом. Этому условию отвечает система лимфоцитов, которая появилась и развивалась вместе с позвоночными. Ее функционирование в полной мере имеет информационную основу: опирается на сигнальные воздействия и является языковой в очень сильном смысле слова. Важный факт состоит в том, что каждый лимфоцит производит антитела только одного (геометрического) типа и антитела одного типа производятся клоном лимфоцитов, т.е. клетками, имеющими единственного предка.

Антитело может быть “подогнанным” к “своему” антигену сначала не вполне точно и может связываться с различными антигенами, несколько отличающимися друг от друга, но система обучаема: при последовательных встречах производимые антитела будут все более аккуратно подходить к форме антигена и их сродство будет усиливаться.

После встречи с антигеном В-лимфоциты начинают делиться. При этом образуются клетки, продуцирующие антитела, и долго живущие “клетки памяти”. В промежутках между встречами с антигеном в геноме клеток памяти возникают мутации. Их частота в миллионы раз выше, чем в других клетках.

Среди мутантов есть такие, которые теряют способность связываться с исходными антигенами, но есть и такие, которые способны связываться с ним лучше, чем у лимфоцитов-предков. Короче говоря, тут все как при эволюции других признаков: возникают случайные мутации и идет отбор более эффективных мутантов.

Антитело имеет форму буквы Y. Эта молекула состоит из двух тяжелых цепей, составляющих хвост, и двух легких. Молекула имеет два идентичных активных центра, каждый из которых образован концом легкой и концом тяжелой цепи. Такая молекула может присоединиться сразу к двум агентам и благодаря этому могут образовываться конгломераты из инактивированных агентов, которые затем могут уничтожаться и перевариваться другими системами иммунитета. Обе части молекулы, хвост и захваты, могут независимо варьироваться, что связано с работой геномного аппарата. Это варьирование происходит и до и после встречи лимфоцита с антигеном и превращения его в секретирующую клетку и связано с глубокими изменениями генетического аппарата клетки, до встречи — на уровне процессинга РНК, а после — в виде выпадения некоторых сегментов ДНК.

Механизм варьирования захвата представляет особенный интерес, поскольку каждому лимфоциту должна отвечать своя геометрическая форма захвата. Перестройка генома в этом случае происходит с необычной для генетической механики небрежностью: происходят случайные выпадения и вставки.

Изменения, возникающие в одной цепи ДНК, не исправляются механизмом репарации. Можно было бы думать, что он отключен. Но в действительности, в лимфоцитах работает механизм “антирепарации”. Обычный механизм исправляет нарушения в измененной цепи, используя сохранную цепь ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ТОМ 3 № 2 170 КУЗНЕЦОВ, ЛЮБЕЦКИЙ, ЧЕРНАВСКИЙ ДНК. А в лимфоцитах механизм антирепарации вносит соответствующее изменение в сохранную цепь ДНК, используя измененную цепь.

Процесс вставок в геноме лимфоцитов тоже создается не совсем случайностью. У лимфоцитов активен ген, молчащий в других клетках организма, который кодирует специальный фермент, встраивающий в ДНК “лишние” нуклеотиды.

В результате число возможных типов становится необъятным (а число реализуемых типов исчезающе меньше возможного). Но это не все. Лимфоцит, прошедший через контакт с антигеном, начинает делиться, а его клон содержит два рода клеток: одни секретируют антитела и быстро гибнут, если не встречаются со своим антигеном, а другие сохраняют антитела в своих мембранах и превращаются в долгоживущие клетки памяти. Геном этих последних подвергается гипермутированию: мутации в области, порождающей лимфоциты, происходят в тысячу раз чаще обычного и благодаря этому при последовательных встречах антигена с клоном такого лимфоцита отбирается все более точно прилегающая к антигену форма захвата. Таким образом необходимое разнообразие антител достигается комбинаторным путем с элементом случайности.

Эта картина далеко не полна. Иммунитет обслуживается большим количеством типов клеток, взаимодействие которых основано на контактном узнавании и сложном обмене сигналами.

Например, молодые В-лимфоциты имеют антитела, связанные с мембраной и направленные активными центрами наружу, но не секретируют антитела в окружающую среду.

Антигены связываются с этими антителами и остаются на поверхности клетки. Существует другой тип лимфоцитов, Т-лифоциты. Среди них есть группа Т-лимфоцитов “хелперов” (помощников). Их поверхностные рецепторы связываются с антигеном, присоединенным к В-лимфоцитам. Тогда хелперы начинают высвобождать белки роста и дифференцировки В-лимфоцитов, которые стимулируют деление В-лимфоцитов и секрецию ими антител в окружающую среду.

Другой пример, показывающий связь химических механизмов иммунитета и фагоцитоза. При попадании в организм позвоночного бактериальных клеток антитела связываются с антигенами, находящимися на их поверхности. При этом антитела меняют свою конформацию, так что меняется и форма “хвоста” Y-образных молекул. Такой “хвост” с “возбужденной” конформацией резко увеличивает эффективность фагоцитоза бактерий специальными защитными клетками, макрофагами и нейтрофилами. Они имеют на наружной мембране рецепторы “хвоста”, и когда рецепторы связываются с облепленным антителами микробом, эти клетки гораздо лучше фагоцитируют бактерий.

Можно сказать, что интеллект эволюции достигает здесь максимально возможного, исходя из сочетания геометрической комплементарности и случайного отбора. Эволюция построила языковую систему, способную “выразить” непредусмотренные заранее формы, уточняя это выражение при последовательных встречах с “обучающим” агентом. Функционирование этой системы проходит на сигнальной основе и, кроме того, оно обладает сложным, еще мало понятым синтаксисом: антитела способны связываться не только с антигенами, но и между собой, образуя сложные сети.

Важно, что функционирование иммунитета основано на быстрой перестройке генома. (Моделирование эволюции встречает возражение, что мы не располагаем миллиардами лет для отбора нужных сочетаний. Иммунитет показывает, что это время может быть заметно сокращено. ) Однако, интеллект, основанный на контактном узнавании, явно недостаточен для управления поведением животного в сложной внешней среде. Фундаментальный эволюционный прорыв в развитии информационности связан с возникновением нервной системы, основанной не на геометрической комплементарности, а на проведении нервного сигнала и на других, в том числе еще мало известных, принципах.

21. Нервная система.

Нейроны. Клеточные элементы нервной системы — нейроны — являются прежде всего информационными каналами, хотя им приходится выполнять и более сложные функции по переработке ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ТОМ 3 № 2 О ПОНЯТИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, 2 информации и другие. Таким образом функционирование нервной системы изначально происходит на информационной основе. В эволюции нейроны возникли из возбудимых клеток, в которых сочетались рецепторная и эффекторная функции: воздействие (химическое или механическое) вызывало ее сокращение и вместе с тем целесообразное движение организма. Но дальше эти две функции автономизировались: разделились между специализированными клетками и с этого момента (в эволюционном смысле этого слова) нейрон стал каналом передачи сигнала.

О каналах информационных и не информационных. Все же в полной мере эта роль нейрона может быть названа информационной лишь с того времени, когда передача сигнала о внешнем воздействии стала направляться не непосредственно на эффекторную клетку, мышечную или сенсорную, но к специальному органу, который определяет, каким должно быть очередное действие организма.

Иными словами, эта передача должна быть не передачей самого воздействия, хотя бы и дважды преобразованного, но передачей знака о воздействии, сигнала в строгом смысле слова.

Разумеется в дальнейшем усложнении нервной системы появились еще дополнительные функции нейронов и их частей, усложнились сами нейроны, возникло их взаимодействие и проч. Но начальным фактом является проведение нейроном электрического импульса для пространственной, вначале непосредственной, а затем сигнальной связи двух событий.

О связях контактных и на расстоянии. Существенным моментом здесь является появление с нейронами возможности быстрой связи удаленных частей многоклеточного организма. Сигнальная связь, основанная только на химическом взаимодействии, опиралась на контакт двух комплементарных агентов и передачу самих агентов на отдаленное расстояние либо путем диффузии (трехмерной или в мембранах двумерной), либо по “рельсам” микротрубочек и других одномерных образований, либо через мембраны с помощью активных переносчиков. Естественно речь в этом случае могла идти об “отдаленности” измеряемой микронами, а не сантиметрами или метрами.

Впрочем, комплементарный контакт играет важную роль и в нейронной передаче электрического сигнала, именно, его перекодировке в химическую секрецию.

Нейронные сети и модули. Еще один важный факт состоит в том, что функционирование развитой нервной системы заключается не только и не столько в соединении входа и выхода (“простая рефлекторная дуга”, т.е. по идее прямая передача внешнего воздействия к эффекторике), но в сложном сигнальном взаимодействии отдельных нейронных систем. Эти отдельные подсистемы нервной системы часто представляют себе в виде “нейронных сетей”, “вычисляющих” четко или нечетко те или иные логические функции. Возможно, более правильно говорить о “модулях” (как в объектном программировании), поскольку в функционировании этих подсистем принимают участие и химические и электрические процессы и межнейронная среда.

По-видимому, уже в иммунной системе организация информационных сетей взаимодействия является важным элементом ее функционирования. Однако, организованность нервной системы сравнивать не с чем. Эта организация направлена на преобразование информации, придание ей формы адекватной внешней семантике, на выработку ответа организма, сообразованного не только с информацией, полученной от внешней для организма рецепторики, но и с внутренним состоянием организма.

Это соотнесение функционирования с внутренним состоянием организма также приобретает сигнальный характер и этим путем нервная система автономизируется, порождая психику — орган управления поведением.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.