§ 11. Координация и регуляция жизнедеятельности у животных

Биологически активные сигнальные органические соединения различной природы (белки, пептиды, производные аминокислот, стероиды), вырабатываемые эндокринными железами или специализированными клетками и регулирующие функции организма.

• 1. Специфичность — действуют строго на клетки-мишени, несущие комплементарные рецепторы на наружной мембране или внутри цитоплазмы.
• 2. Высокая активность — вызывают глубокие системные перестройки метаболизма в микроскопических дозах.
• 3. Дистанционный характер — разносятся жидкими средами организма (кровью, лимфой, тканевой жидкостью) далеко за пределы места их секреции.

Древнейшая форма координации физиологических процессов, осуществляемая через жидкие внутренние среды организма с помощью растворённых химических веществ.

• 1. Регуляторные агенты — гормоны, продукты тканевого метаболизма (углекислый газ, ионы H+, молочная кислота) и тканевые биологически активные вещества.
• 2. Особенности действия — медленная скорость передачи сигнала (ограничена скоростью кровотока), но генерализованный, длительный и глубокий эффект.

Центральное звено гуморальной регуляции, основанное на согласованной деятельности желез внутренней секреции (эндокринной системы).

• 1. Принцип обратной связи — избыток гормона в крови тормозит его дальнейшую выработку железой (отрицательная обратная связь), а дефицит — стимулирует.
• 2. Жизненные роли — контроль роста, линьки, полового созревания, метаморфоза и постоянства уровня глюкозы и кальция.

Целостная система нервных структур (нейронов, нервов, ганглиев, спинного и головного мозга), обеспечивающая сверхбыстрое восприятие сигналов, координацию органов и адаптивное поведение организма.

• 1. Эволюционные типы — диффузная (сетчатая) у гидры → стволовая (ортогон) у плоских червей → узловая (брюшная нервная цепочка) у членистоногих → трубчатая (спинной и головной мозг) у хордовых.
• 2. Скорость ответа — импульсы проводятся по миелинизированным волокнам со скоростью до 100–120 м/с, обеспечивая мгновенную реакцию.

Специализированная возбудимая клетка нервной ткани, выступающая элементарной структурной и функциональной единицей нервной системы.

• 1. Анатомическое строение — включает тело клетки (сому) с ядром, многочисленные короткие ветвящиеся отростки (дендриты, принимающие импульсы) и один длинный проводящий отросток (аксон, передающий сигнал к органу-мишени или следующему нейрону).
• 2. Изоляция — у позвоночных аксоны защищены белково-липидной миелиновой оболочкой, в разы ускоряющей проведение электрических потенциалов действия.

Стереотипная ответная реакция организма на воздействие раздражителей внешней или внутренней среды, осуществляемая центральной нервной системой.

• 1. Рефлекторная дуга — анатомический путь нервного импульса: рецептор → чувствительный нерв → нервный центр в ЦНС → двигательный нерв → исполнительный орган (мышца или железа).
• 2. Примеры — чихание при пыли, отдёргивание лапы от укола, выделение слюны при запахе пищи.

Высшая форма координации функций многоклеточных животных, объединяющая быстродействующие нервные импульсы и пролонгированное химическое действие гормонов.

• 1. Механизм интеграции — нервная система стимулирует или тормозит работу эндокринных желез, а циркулирующие гормоны модулируют возбудимость нервных центров.
• 2. Цель — поддержание устойчивого гомеостаза и молниеносная мобилизация резервов организма при стрессе.

Гормоны выступают высокоточными химическими посредниками и регуляторами жизненных функций:

• Контроль метаболизма и роста: направляют биохимические процессы в клетках, регулируют дифференцировку тканей, процессы сезонной линьки, смену покровов и метаморфоз (например, превращение головастика в лягушку под действием тироксина).
• Половое созревание и размножение: половые гормоны стимулируют развитие вторичных половых признаков, формирование гамет и определяют половое и родительское поведение.
• Стрессовая адаптация: такие гормоны, как адреналин, мгновенно мобилизуют организм при угрозе — увеличивают частоту сердечных сокращений, сужают периферические сосуды, повышают кровяное давление, активируют распад гликогена до глюкозы в печени и повышают мышечный тонус.

Гуморальная регуляция (от лат. humor — жидкость) — это древнейший биологический механизм управления физиологическими процессами в организме животного, который осуществляется через циркулирующие жидкие среды (кровь, гемолимфу, лимфу, тканевую жидкость) с помощью химических веществ — гормонов, тканевых метаболитов (углекислого газа CO2, молочной кислоты) и минеральных ионов. Для неё характерна относительно невысокая скорость передачи сигнала, зависящая от кровообращения, но высокая длительность, непрерывность и всеохватность регуляторного воздействия.

Нейрон представляет собой специализированную клетку нервной ткани и состоит из следующих компонентов:

• Тело клетки (сома): содержит ядро с хроматином, митохондрии, развитую шероховатую эндоплазматическую сеть и комплекс Гольджи, обеспечивающие синтез нейромедиаторов.
• Дендриты: многочисленные короткие, древовидно ветвящиеся отростки, мембраны которых густо покрыты синаптическими рецепторами; они воспринимают раздражения от внешней среды или соседних клеток и проводят сигнал к телу нейрона.
• Аксон: единственный длинный отросток (у крупных животных длиной до нескольких метров), берущий начало от аксонного холмика сомы; он генерирует и проводит электрический нервный импульс от тела клетки к рабочим органам (мышцам, железам) или другим нейронам.
• Оболочка: у позвоночных животных большинство аксонов покрыто многослойной изолирующей миелиновой оболочкой, прерываемой перехватами Ранвье, что обеспечивает сальтаторное (скачкообразное) проведение импульса с высокой скоростью.

Рефлекс — это закономерная стереотипная ответная реакция целостного животного организма на любые изменения внешней или внутренней среды, осуществляемая нервной системой в ответ на раздражение рецепторов.

Материальной основой любого рефлекса является рефлекторная дуга, включающая пять звеньев:

• Чувствительный рецептор (трансформирует стимул в электрический сигнал);
• Чувствительный (центростремительный) нервный путь;
• Нервный центр в спинном или головном мозге (анализирует информацию);
• Двигательный (центробежный) путь;
• Исполнительный орган-эффектор (сокращающаяся мышца или выделяющая секрет железа).

Механизм нейрогуморальной регуляции базируется на непрерывном двустороннем взаимодействии нервных и химических регуляторных звеньев:

• Нервный пусковой импульс: рецепторы улавливают внешний сигнал (например, появление хищника), нервный импульс мгновенно поступает в головной мозг (в гипоталамус и кору).
• Запуск гуморального каскада: нервные центры стимулируют железы внутренней секреции (например, мозговой слой надпочечников), выбрасывающие в кровяное русло гормоны (адреналин).
• Системный эффект: гормоны с током крови достигают клеток-мишеней по всему организму, вызывая перестройку работы сердца, сосудов, печени и мышц.
• Контроль постоянства (обратная связь): гуморальные факторы (увеличение уровня углекислого газа или гормонов) напрямую воздействуют на хеморецепторы сосудов и нейроны дыхательного и сосудодвигательного центров продолговатого мозга, корректируя частоту дыхания и тонус сосудов.

Наиболее сложной и высокоразвитой нервной системой обладают:

• Среди беспозвоночных: головоногие моллюски (осьминоги, кальмары, каракатицы), обладающие крупным головным мозгом, защищённым хрящевым черепом, превосходным зрением и сложнейшими формами научения и маскировки; а также общественные насекомые (муравьи, медоносные пчёлы) со сложно организованными «грибовидными телами» надглоточного ганглия.
• Среди позвоночных:
• Млекопитающие (особенно приматы, китообразные — дельфины и косатки, а также хищные млекопитающие — волки, собаки, кошачьи), чей головной мозг характеризуется колоссальным объёмом коры больших полушарий с глубокими бороздами и извилинами, обеспечивающими высшую нервную деятельность, рассудочное мышление, память и сложную социальную коммуникацию;
• Птицы (врановые — вороны, сороки, сойки, и попугаи), обладающие плотно упакованными нейронами переднего мозга, выдающейся пространственной памятью и способностью изготавливать и применять орудия труда.