История биологии с начала XX века до наших дней - [141]

Важное место займет изучение проблемы специфичности клетки в двух аспектах — как ее ответ на внешние воздействия и как генетически обусловленная детерминация. Уже имеются данные, свидетельствующие о том, что реакция клетки на воздействие внешних факторов во многом зависит от способности клетки к адаптации, ее консерватизма, способности к перестройке и т. д. Изучение конкретных механизмов этой специфической реакции составит, очевидно, одно из основных направлении цитологии ближайшего будущего. Имеются данные, касающиеся «иммунологической памяти» по крайней мере некоторых клеточных категории, что позволяет говорить о способности клеток к «узнаванию» иммунологически подобных элементов. Вскрыть механизм этого своеобразного свойства — также одна из ближайших задач цитологии.

Важным и перспективным направлением цитологии является изучение реактивности клеток. Этот вопрос имеет не только теоретическое, но и существенное практическое значение в связи с воздействием на клетку различных повреждающих факторов, установлением пределов и условий ее репарации и т. д. Полученные в этой области данные позволяют во многих случаях говорить о неспецифической устойчивости клетки к различным повреждающим воздействиям. В основе этой устойчивости лежат, очевидно, определенные изменения биосинтетических процессов (А.А. Ябров, 1967).

Таким образом, наряду с аналитическими в цитологии будут, очевидно, развиваться исследования, направленные на изучение механизмов саморегуляции клетки как автономной биологическои системы. Эти вопросы имеют прямое отношение к одной из наиболее трудных и вместе с тем наиболее важных проблем цитологии будущего — проблеме целостности клетки.

Глава 11 Физиология клетки

Возникновение новых направлений в физиологии животных и человека, коренное изменение многих сложившихся ранее представлений и концепций, связанные с переходом к исследованиям на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях организации жизни, относятся к 40-м годам нашего столетия. Эти события, знаменующие настоящий перелом в развитии физиологических наук, явились следствием современной научно-технической революции. Грандиозные достижения физики и техники, в особенности электроники, автоматики и вычислительной техники, давшие в руки физиологов принципиально новые методы сбора и анализа информации, привели к технической революции в этой области знания. Подтвердилась справедливость высказывания И.П. Павлова, что наука движется толчками в зависимости от успехов, делаемых методикой.

Созданной в наше время новой инструментальной технике физиология обязана фундаментальными открытиями, возможностью проникновения в интимные процессы жизнедеятельности, в их внутреннюю организацию и механизм их регуляции.

Техническое перевооружение физиологии.

На протяжении десятка лет неузнаваемо изменился облик физиологической лаборатории. Старая аппаратура, служившая исследователям более столетия, отжила свой век и перекочевала в музеи истории науки.

Особенно ценными оказались следующие качества новой инструментальной техники: высокая чувствительность и точность измерительной аппаратуры, ее быстродействие, возможность преобразования одних процессов в другие (например, механических и тепловых в электрические), возможность хранения и воспроизведения информации, осуществимость синхронного исследования нескольких физиологических процессов, возможность проведения наблюдений на расстоянии, малые габариты и вес многих приборов. Стал достижим точный количественный и временной анализ микропроцессов (изменений температуры в 0,000001°, механических перемещений, составляющих микроны, электрического напряжения, равного микровольтам), происходящих в микрообъектах (одиночных клетках и их структурах) в микроинтервалы времени (в течение долей миллисекунды). Применение современной инструментальной техники и разработка большого числа новых методов исследования оказали влияние решительно на все отделы физиологии.

Развитие общей физиологии тесно связано с успехами в изучении функций клеток и их структур. Еще в начале XX в. К.А. Тимирязев сетовал на то, что физиология клетки «пока и неосуществима, так как не придумано еще ни весов, ни термометров, ни гальванометров для клеточки»[90]. В настоящее время такие приборы сконструированы, и это явилось одной из важнейших предпосылок создания подлинно экспериментальной физиологии клетки. Другой предпосылкой следует считать успехи морфологического и биохимического исследования клетки, также связанные с применением новой исследовательской техники.

Для понимания происходящих в клетке физиологических процессов чрезвычайно велико значение исследований, выполненных при помощи электронного микроскопа. Благодаря его применению доказано наличие поверхностной мембраны, толщиной 70–80 А, оспаривавшееся некоторыми исследователями, было обнаружено существование сложных систем внутриклеточных мембран и раскрыта их пространственная организация. Выяснилось, что мембраны представляют собой обязательный структурный элемент клетки. Особое внимание физиологов привлекли исследования саркоплазматической сети (ретикулума) мышечных волокон. Это образование, впервые обнаруженное при помощи светового микроскопа, было вновь открыто Ф. Шёстрандом и Б. Андерсоном в середине 50-х годов благодаря применению электронного микроскопа, позволившего изучить детали его строения. Изучена структура миофибрилл — сократительных элементов мышечных волокон. Посредством электронной микроскопии сверхтонких срезов мышц в сочетании с исследованием рассеяния рентгеновых лучей под малыми углами установлено, что миофибриллы состоят из двух систем нитей, которые различаются по толщине и химическому составу. Полагают, что более толстые нити образованы миозином, более тонкие — актином. Нити одной системы входят своими концами в промежутки между нитями другой системы, причем между теми и другими имеются связывающие их поперечные мостики. Э. Хаксли (Нобелевская премия, 1963), обнаруживший такую структуру миофибрилл (1955–1956), высказал предположение, что во время сокращения происходит скольжение одной системы нитей по другой.