Биология в новом свете

Однако не будем задерживаться на этом очень: специфическом виде работы биологической системы. Пойдем дальше. Об осмотических силах, действующих в живом организме, известно несколько меньше, чем об энергии механического движения. У растений; оба эти явления тесно связаны между собой. Движение листьев мимозы, поворот головки подсолнечника к свету, закрытие цветка вечером — все это механические движения, которые управляются гидравлически, то есть путем изменения содержания воды в некоторых тканях. Основой такого рода гидравлических процессов является движение воды под действием осмотического давления. Классический пример работы, производимой осмотическими силами, — подъем воды от корня растения к вершине. Осмотическую работу клетки можно наблюдать под микроскопом. Инфузории туфельки и другие одноклеточные, обитающие в пресных водах, обладают насосом, подобно аварийной помпе на корабле, предохраняющим их от переполнения водой. Но в отличие от корабля, который в нормальном состоянии водонепроницаем, инфузория наполняется водой непрерывно, так как внутри нее осмотическое давление ниже, чем в окружающей среде. Поступающая вода также непрерывно выкачивается звездчатой сократительной вакуолью. Кстати, это прекрасный пример динамического равновесия на клеточном уровне.

Работа осмотических сил у одноклеточных. Под действием градиента между внешней (π_внеш) и внутренней (π_внутр) средой вода непрерывно поступает через цитоплазматическую мембрану внутрь инфузории туфельки. Сократительные вакуоли собирают ее, а затем выкачивают

Не будем перечислять явления, связанные с процессами преобразования энергии. Их много, а лежащие в их основе механизмы большей частью неизвестны. Однако мы рассматриваем лишь основные принципы преобразования энергии в живом организме. В связи с этим нельзя не упомянуть об электрической энергии, которая наряду с химической играет совершенно особую и очень важную роль в биологических процессах. Здесь в первую очередь, естественно, вспоминаются электрические рыбы: электрический угорь, электрический сом или электрический скат, которые могут наносить чувствительные удары током и тем самым защищаться от врагов. Но каждый из нас имел возможность убедиться в существовании электрических полей и в своем собственном теле. Достаточно назвать ЭКГ — электрокардиограмму, описывающую изменение разности электрических Потенциалов между отдельными частями нашего тела, вызванное деятельностью сердца. Аналогичные электрические поля создают все работающие мышцы тела, а также мозг и органы чувств.

Электрические рыбы способны вырабатывать импульсы напряжением до нескольких сотен вольт. Такие напряжения они используют в первую очередь для защиты от врагов, поражая тех ударами током. Недавно стало также известно, что короткие электрические импульсы помогают рыбам ориентироваться в мутной воде

С помощью чувствительных электродов, толщина которых меньше микрометра (мкм), т. е. тысячной доли миллиметра, можно установить, что каждая живая клетка по отношению к внешней среде обладает определенным электрическим потенциалом. Он имеет отрицательное значение и по абсолютной величине оставляет 0,01-0,08 В. Изолятором между этими двумя полюсами (клеткой и внешней средой) служит клеточная мембрана. Это тончайшая, толщиной около 100 Å (0,00001 мм), похожая на мыльный пузырь структура, которая окружает каждую клетку. При возбуждении нервные клетки могут резко изменять величину или даже полярность электрического потенциала мембраны[8]. В результате возникают нервные импульсы — знаки своеобразной азбуки Морзе, с помощью которых осуществляется связь между органами тела. Однако этим еще далеко не исчерпывается значение электрического потенциала клетки. Под действием разности электрических потенциалов в чрезвычайно тонкой клеточной мембране, как внутри тонкого пластинчатого конденсатора, возникает сильное электрическое поле. Оно определяет свойства мембраны: ее проницаемость для различных веществ, работу ферментов внутри и в непосредственной близости от нее, а также многое другое.