Описанное здесь взаимоотношение, при котором рабочий гормон тормозит свой регулятор, представляет собой типичный пример механизма отрицательной обратной связи. В этом кибернетическом понятии слово "отрицательный" обозначает, что регулятор тормозится действием периферического фактора (или сигнала), в данном случае рабочего гормона, тогда как снятие "отрицательного", тормозящего влияния приводит к стимуляции периферического звена системы -- рабочей эндокринной железы. В этом и состоит внутренний смысл, суть механизма отрицательной обратной связи.
Аналогичный принцип регулирования заложен в любой саморегулирующейся системе, например даже в термостате. В нем имеется источник энергии, который в этой системе аналогичен рабочей железе А. И подобно тому, как рабочая железа вырабатывает свой рабочий гормон, этот источник выделяет теплоту. Роль железы-регулятора выполняет здесь реле -- контактный термометр. Когда температура в шкафу термостата превысит заданную, то есть необходимую, столбик ртути в реле, поднимаясь от нагревания, выключит источник энергии. Таким образом, сработает механизм обратной связи. Напротив, как только система начинает охлаждаться, столбик ртути уменьшается и это вновь включает источник энергетического питания.
Некоторые системы гипоталамуса, которые поддерживают постоянство внутренней среды, строго регулируются в соответствии с механизмами отрицательной связи. Эти системы обеспечивают выполнение закона постоянства внутренней среды организма.
Но если в системе все уравновешено, все строго соизмерено, то каким образом может возникнуть та дополнительная энергия и тот дополнительный "строительный материал", которые должны быть израсходованы на развитие и рост организма? Задав этот вопрос, легко прийти к выводу, что постоянство внутренней среды, по существу, запрещает развитие организма. Каким же образом разрешается это противоречие между стабильностью -- основой жизни, и развитием -- источником жизни? К рассмотрению этого мы сейчас и перейдем.
Рис. 2 Принцип механизма обратной связи в эндокринной системе.
Б -- железа-регулятор; А -- рабочая железа; Б1 и Б2 -- регулирующие гормоны; А1 и А2 -- рабочие гормоны. Механизм отрицательной обратной связи:
при увеличении активности железы А увеличивается концентрация рабочего гормона a1, который тормозит активность регулятора Б, что в свою очередь приводит к снижению концентрации регулирующего гормона Б1 и соответственно к снижению активности железы А.
Механизм положительной обратной связи: увеличение интенсивности сигнала X увеличивает активность регулятора Б, что увеличивает уровень регулирующего гормона Б2 и, в свою очередь, увеличивает уровень рабочего гормона А2. Последний вызывает дальнейшую стимуляцию деятельности регулятора Б1 и т. д.
Если стабильность внутренней среды -- обязательное условие свободной жизни организма, то непременным условием развития организма является запрограммированное нарушение стабильности. Соответственно наряду с законом постоянства внутренней среды существует закон отклонения гомеостаза.
Глава 4. Закон отклонения гомеостаза
Организм может существовать, если состав его внутренней среды поддерживается в определенных, довольно узких пределах. Это положение -сущность закона постоянства внутренней среды. Действительно, в норме величина артериального давления, концентрация в крови сахара, жира, холестерина и другие показатели колеблются весьма незначительно. Напротив, любое стойкое отклонение от нормальных пределов говорит о болезни: стойкое повышение артериального давления рассматривается как гипертония, сахара в крови -- как сахарный диабет, холестерина и жира (триглицеридов) -- как фактор риска атеросклероза. А коль скоро постоянство внутренней среды, или гомеостаз, должно столь строго охраняться, то необходимы и специальные механизмы его поддержания.
У одноклеточных организмов уже в силу недостаточной сложности их строения такие механизмы не могут быть совершенными. Поэтому-то смерть от внешних причин встала непреодолимым препятствием на пути к теоретической вечной жизни одноклеточных.
В процессе эволюционного превращения одноклеточных организмов в многоклеточные в конце концов развились механизмы, обеспечивающие поддержание постоянства внутренней среды путем специализации органов тела с их специализированными функциями
Вместе с тем это привело к непримиримому противоречию между потребностями развития и необходимостью стабильности, противоречию, породившему, с моей точки зрения, в процессе эволюции регуляторный тип смерти от внутренних причин.
Действительно, в каждый данный момент развития и роста многоклеточного организма должен соблюдаться закон постоянства внутренней среды, охраняемый системами гомеостаза. В то же время совершенно очевидно, что сами гомеостатические системы должны увеличивать свою мощность по мере развития, для того чтобы их деятельность могла обеспечивать потребности роста организма. Иными словами, развитие и рост организма были бы неосуществимы, если бы одновременно не увеличивалась и мощность гомеостатических систем. В определенном отношении увеличение мощности гомеостатических систем и есть развитие. Таким образом, получается, что если жизнь возможна только при соблюдении стабильности внутренней среды, то развитие и рост не могут осуществляться без нарушения закона стабильности.
Это положение можно выразить также следующим образом: у высших организмов необходимо совместить одновременно и в одном покой и движение -покой внутренней среды, обеспечивающий устойчивость организма, и движение, дающее развитие.
Можно предположить, что такое совмещение полностью противоположных требований осуществляется за счет саморазвития гомеостатических систем. Иначе говоря, системы, обеспечивающие стабильность, то есть защиту от внешнего мира, все время должны сами развиваться, увеличивая свою мощность; только в этом случае может быть обеспечено сохранение регуляции в движущейся системе.
Наиболее наглядно это можно проследить на основе тех изменений, которые наблюдаются в женском организме во время беременности. Эти изменения особенно явны во второй половине беременности, когда быстро увеличивается масса плода. В этот период у женщины происходит накопление жира, а нередко можно заметить также увеличение размеров носа или подбородка за счет набухания мягких тканей лица. Параллельно в крови повышается концентрация сахара и холестерина. Уровень сахара иногда становится столь значительным, что врачи определяют такое состояние как "диабет беременных". Иными словами, у женщины во время беременности происходит нарушение закона постоянства внутренней среды и как бы развиваются определенные болезни.
Справедлив вопрос: разве может столь жизненно необходимое явление, как беременность, сопровождаться болезнями, особенно если принимать во внимание, что в процессе эволюции вредные свойства давно были бы устранены естественным отбором? Рассмотрим это подробнее. Изменения, возникшие у беременной женщины, свойственны не только роду человеческому, они, например, так же отчетливо наблюдаются и у животных. Более того, можно заметить, что признаки "болезни, беременного организма" напоминают именно те отклонения, которые остро возникают у горбуши в период, предшествующий нересту, хотя у рыб в отличие от млекопитающих плод не развивается в материнском организме.
Приняв все это во внимание, приходится признать: отклонение от закона постоянства внутренней среды -- это та запрограммированная "болезнь беременного организма", без которой невозможно развитие плода. Ведь чтобы нормально развиваться, плод должен быть обеспечен "строительным материалом" -- он и доставляется в результате -описанных сдвигов. И материала этого требуется много, поскольку за относительно короткий срок из одной оплодотворенной клетки воспроизводятся миллиарды клеток вновь сформированного организма. Надо полагать, это происходит по такой примерно схеме.
Обязательная часть каждой клетки -- холестерин. Он входит в каркас оболочки клетки -- клеточную мембрану. Большинство видов клеток не может самостоятельно синтезировать столько холестерина, сколько нужно для построения оболочки, и эти клетки получают холестерин из печени. Мощность же печени плода еще мала, она не обеспечивает потребностей быстро увеличивающейся клеточной массы. Значит, холестерин должен поступать из материнского организма. Но и этот источник холестеринового сырья весьма ограничен. Ведь выполнение закона постоянства внутренней среды в том и состоит, что организм защищен как от недостатка, так и избытка чего-либо. Вот почему для обеспечения холестерином потребностей развития плода закон постоянства должен быть нарушен.
