История биологии с начала XX века до наших дней

Физиология и кибернетика.

Важное значение для развития физиологии приобрели за последние два десятилетия кибернетика, теория информации и теория автоматического регулирования. Они позволили по-новому оценить некоторые давно известные факты и идеи.

Так, раскрылось универсальное значение принципа обратной связи в регуляции и саморегуляции функций. В настоящее время показано, что регуляция самых важных физиологических процессов в целостном организме и его системах контролируется состоянием регулируемого аппарата — обратными связями между ним и нервными и гуморальными регуляторами. Большая роль в регуляции принадлежит интрорецепторам, хорошо изученным многими морфологами и физиологами (В.Н. Черниговской и др.). Будучи широко рассеянными во всех органах и тканях, интрарецепторы сигнализируют центральной нервной системе о состоянии иннервируемого ими субстрата.

Обратные связи обнаруживаются не только при исследовании нервной регуляции и не только в целостном организме, но и на любом уровне организации живого — клеточном, субклеточном и даже молекулярном уровне — всюду, где имеются саморегуляторные процессы. Примером обратной связи на молекулярном уровне может служить аллостерическое ретроингибирование энзиматической реакции продуктами, образующимися в ходе этой реакции. Распространяя на работу организма идеи кибернетики и теории автоматического регулирования, исследователи пришли к заключению, что процессы саморегуляции в пределах любого уровня биологической организации осуществляются благодаря наличию замкнутых контуров с прямыми и обратными связями, определяющими начало, ход протекания и окончание разных актов деятельности или процессов метаболизма.

На основе идей кибернетики как учения об общих принципах управления и связи в сложных динамических системах подведены теоретические основы под концепцию, согласно которой организм рассматривается в качестве самоорганизующейся и саморегулирующейся системы высокой степени сложности. При этом любая функция организма и его структур трактуется как сложная система определенным образом организованных в пространстве и времени процессов.

О том, что организм является крайне сложной системой, состоящей из почти бесконечного ряда частей, связанных друг с другом и в виде единого комплекса с внешней средой, писал Павлов. Понятию системы близка идея А.А. Ухтомского (1932–1935) о нервных центрах как «рабочих ансамблях» и «физиологических констелляциях», складывающихся в зависимости от характера раздражений, действующих на центральную нервную систему. Представление о «функциональных системах», лежащих в основе организации физиологических процессов целостного организма, развивал в 30-х годах также П.К. Анохин (Ленинская премия, 1972). В конце 40-х годов Л. Берталанфи выступил с обоснованием теории биологических систем. По его определению, система — это комплекс элементов, находящихся во взаимодействии. Биологические системы относятся к открытым; они характеризуются тем, что остаются относительно постоянными, несмотря на непрерывно совершающиеся в них изменения веществ и энергии.

В настоящее время стало совершенно ясным, что определенная пространственно-временнáя организация физиологических процессов свойственна не только целостному организму, но и всем его органам, тканям, отдельным клеткам и даже субклеточным структурам (ядрам, митохондриям, мембранам и др.). Изучая их функции, физиолог всегда имеет дело со сложными динамическими системами, которые характеризуются непрерывным взаимодействием образующих данную систему структурных элементов и происходящих в них процессов и присущими данному уровню биологической организации механизмами управления и связи. Последние отличаются многоконтурностью — многократным дублированием и иерархическим соподчинением, сочетаемым с некоторой автономностью. Каждая биологическая система реагирует как единое целое на любые воздействия внешней среды, причем характер ее реакций в большей мере определяется ее состоянием в данный момент.