Книга: Наука о живом

Глаза 17 Координационные системы: гормоны и нервы

Глаза 17 Координационные системы: гормоны и нервы

Для работы организма требуется чрезвычайно эффективная координация деятельности всех его частей. Какое-либо событие, происходящее в какой-либо части тела животного, воздействует на событие в другой его части или же, наоборот, подвергается воздействию этого события через гормоны или нервы. Когда преподаватель знакомит своих учеников с гормонами, он обычно не отказывает себе в удовольствии изобразить некоторое замешательство при попытке объяснить, что же такое гормоны «на самом деле». Проблема эта, однако, ни на минуту не затруднит эндокринологов — биологов, специализирующихся на изучении гормонов и желез, которые их вырабатывают. Гормоны — это такие вещества, как тироксин и трийодтиронин, которые вырабатываются щитовидной железой; инсулин, выделяемый той частью поджелудочной железы, которая не вырабатывает пищеварительных ферментов, и кортизоноподобные вещества, вырабатываемые корковым слоем надпочечников; все это — биологически активные вещества, которые циркулируют в крови и производят общее или специфическое, стимулирующее или тормозящее действие на биологические процессы в различных частях организма. Врожденное или возникшее позже отсутствие отдельного гормона (например, инсулина, или адреналина при туберкулезном поражении надпочечников, или гормонов щитовидной железы из-за нехватки в пище необходимого для их синтеза йода) вызывает легко распознаваемую болезнь или функциональную неполноценность организма, вроде сахарного диабета, избыточной потери соли и кретинизма соответственно — заболеваний, которые нередко {159} могут быть излечены искусственным замещением недостающих гормонов.

В то время как у большинства органов секретируемое вещество проводится к месту своего действия каким-либо протоком, гормоны обычно выделяются в ток лимфы или крови. Многие органы нашего тела обладают двойной функцией: они вырабатывают свой обычный секрет (например, поджелудочная железа — пищеварительные ферменты), а кроме того, еще и гормон. Другой пример — яички: они кроме сперматозоидов вырабатывают и мужские половые гормоны.

Удаление органа и замещение вырабатываемых им гормонов — вот классический экспериментальный метод демонстрации гормональной функции того или иного органа, но, естественно, подобная процедура неприменима по отношению к органу, необходимому для жизни по причинам, не связанным с гормонами, которые он вырабатывает, и мы можем быть почти уверены, что существует много пока еще не опознанных гормонов.

В эволюции желез, вырабатывающих гормоны, имеется ряд весьма любопытных особенностей: одна из них заключается в том, что эти железы часто гомологичны органам, которые на какой-то более ранней стадии эволюции выполняли совершенно иную функцию, а позже стали функционально излишними. Щитовидная железа, например, гомологична аппарату, который у отдаленнейших предков позвоночных — животных, схожих с асцидиями, — играл важную роль, улавливая крошечные частицы пищи из морской воды, протекавшей через их глотку и околожаберную полость. Очень похоже, что в этом и, возможно, во многих других подобных случаях орган, утратив свою главную функцию, просто сохранил способность вырабатывать гормоны. Деятельность щитовидной железы у наземных животных именно такова, какой и следовало ожидать от гомологичного органа, который имел особые возможности накапливать йод, необходимый для выработки секретируемого ею вещества; и уж, конечно, общая регуляция интенсивности обмена веществ в организме (одна из функций щитовидной железы) — вполне подходящее {160} занятие для органа, игравшего столь важную роль в питании наших отдаленных предков. Среди других желез внутренней секреции, происходящих от функционально угасшего «эндофарингального аппарата» сходных с асцидиями организмов, можно назвать околощитовидную и вилочковую железы.

Другая любопытная тенденция в эволюции желез внутренней секреции такова: ткани, в свое время разбросанные и рассеянные по организму, в конце концов собираются вместе и образуют единый компактный орган. А третья — это то, что органы совершенно различного происхождения и функционального назначения могут в процессе эволюции структурно включаться друг в друга. Самый знаменитый пример — это мозговой слой и кора надпочечников: первый возник из симпатического ганглия, выполнявшего функции, сходные с функциями нерва (см. ниже), а второй — из того, что могло быть чрезвычайно примитивной почкоподобной структурой, ведавшей регулированием концентрации соли в организме.

Особенно важны среди эндокринных желез те, которые воздействуют на другие железы; например, гормоны, производимые передней долей гипофиза, регулируют работу щитовидной железы, половых желез и коры надпочечников. Названия гормонов, регулирующих выработку других гормонов, имеют суффикс «троп». Таким образом, тиреотропный гормон — это тот гормон, который регулирует работу щитовидной железы (тироида), а гонадотропный гормон воздействует на созревание тканей, вырабатывающих половые клетки (гонады).

Специфичность действия гормонов объясняется отчасти их химическим строением (совершенно, казалось бы, ничтожные изменения в молекулярном строении стероидных гормонов оказывают глубочайшее влияние на их действие), а отчасти особым характером рецепторов тех клеток, на которые эти гормоны действуют.

Эндокринологические, т. е. вызываемые гормонами, реакции обладают «памятью» только в том смысле, в каком это слово употребляется в неврологическом или иммунологическом контексте: характерная черта всякой иммунной реакции заключается в том, {161} что вторая встреча с антигеном вызывает реакцию, отличную от той, которая была вызвана первой встречей с ним; гормон же обычно при всех последующих воздействиях вызывает одну и ту же биологическую реакцию. Именно на этом принципе строится дозирование инсулина при лечении связанных с ним диабетов.

Сравнение гормонов и нервов. Нервы работают совершенно не так, как гормоны, но существует обширная область, в которой реакции, вызываемые гормонами, и реакции, вызываемые нервами, взаимно перекрываются. С одной стороны, некоторые железы внутренней секреции происходят из элементов нервной системы: мы уже упоминали о происхождении мозгового слоя надпочечников, но еще более наглядным примером может послужить отдел промежуточного мозга — гипоталамус, вырабатывающий не только гормоны, прежде приписывавшиеся лишь задней доле гипофиза, но и так называемые тропные гормоны (рилизинг-факторы), которые стимулируют или угнетают секрецию гормонов передней доли гипофиза. В свою очередь передача нервного импульса сама отчасти происходит под действием гормонов. Контактные гормоны, такие, как ацетилхолин, действуют непосредственно в том самом месте, где они вырабатываются, и тут же разрушаются.

Железы внутренней секреции, возникшие из элементов нервной системы, оказывают то действие, какого и следовало от них ожидать, судя по их происхождению; так, гормон адреналин, вырабатываемый мозговым слоем надпочечников, действует именно так, как и должен был бы действовать орган, возникший из симпатического ганглия. И гипоталамус оказывает как раз такое эндокринное воздействие, какого и следовало ожидать от той части мозга, которая является главным центром автономных двигательных функций, т. е. функций регулирования деятельности «не подчиняющихся нашей воле» мышц — тех мышц, которые при нормальном положении вещей работают сами по себе, без сознательного воздействия на них с нашей стороны.

Специфика нервной деятельности, конечно, в значительной степени определяется анатомией; конкретные {162} слагаемые поведения возникают потому, что органы чувств и исполнительные органы связаны нервами совершенно определенным образом.

Гормоны, выполняющие различные функции, обладают и различным химическим строением, характер же нервных импульсов одинаков независимо от того, какой орган чувств их посылает или какой мышце они адресованы. Нервный импульс — это передающееся по нерву изменение состояния: при прохождении импульса никакое вещество по нервному волокну не перемещается. Кроме того, энергетические потребности нервной проводимости покрываются самим волокном: по длине нерва не происходит ни малейшего угасания импульса, вызванного стимуляцией в какой-то одной точке, например в органе чувств. Двигательная координация, соединяющая отдельные действия в сложное поведение, тоже может быть объяснена через специфику нервных связей, т. е. через взаимосвязь между самими нервными клетками в больших корреляционных центрах головного мозга. Число нервных клеток в мозгу так велико, а число взаимосвязей между ними еще во столько раз больше, что подобное объяснение представляется в принципе неопровержимым. Трудность заключается в том, как устроить его критическую проверку или как изобрести средство опровергнуть его, если оно ошибочно. Идея, что метод работы мозга аналогичен методу работы компьютера, по непонятным причинам многим представлялась оскорбительной — по непонятным, так как никого не оскорбляла, например, идея, что глаз в определенной степени можно уподобить оптическому инструменту вроде фотоаппарата, объектив которого отбрасывает резкое изображение на фотопленку, в некоторых отношениях аналогичную сетчатке. Но глаз — не фотоаппарат: правильнее было бы считать фотоаппарат чем-то вроде экзосоматического глаза, выполняющего некоторые функции глаза, как деревянная нога, например, выполняет некоторые функции ноги настоящей, а столовые ножи — некоторые функции зубов. Точно так же мы можем с уверенностью сказать, что компьютер выполняет некоторые функции мозга и представляет собой нечто {163} вроде экзосоматического мозга, а из этого следует, что понимание методов работы компьютера поможет нам многое узнать о работе мозга. Однако объяснить природу памяти это пока не помогает. Хотя общепринято мнение, что память может иметь структурную основу, никто еще не выдвинул приемлемую теорию структурного кодирования нервной памяти в том смысле, в каком генетическая «память» структурно закодирована в ДНК.