О некоторых условиях, необходимых для существования и эволюции гомеостатов
Для гомеостатов живых систем требуется стабилизация внешней среды в определенных пределах жизненно важных параметров.
Приведем наиболее общую классификацию жизненно важных параметров внешней среды:
1. Соотношение мощности энтропийных и неэнтропийных процессов;
2. Наличие постоянных векторных сил, действующих на Земле;
3. Наличие потребляемых энергетических ресурсов определенной мощности;
4. Наличие потребляемых пластических веществ и скорость их "диффузии" при перепаде концентрации.
Скорость энтропийных и негэнтропийных процессов определяет диапазон, в котором может существовать жизнь [17]. Соотношение это определяется начальными условиями возникновения вселенной и величиной фундаментальных физических констант.
Вариации любого физиологического параметра можно оценить через Н-функцию Больцмана для энтропии и Шенона для информации. Автором [17] было введено представление о "зоне жизни" системы. Любая переменная (Х) любой живой системы, пока последняя существует и/или функционирует как целое, может изменяться от некоторого минимального значения Хmin до максимального Хmax. Этот диапазон изменений назван "зоной жизни" (Zv) системы по Х. Крайние значения - границы Zv . Существенную переменную в Zv можно всегда нормировать и выразить в относительных единицах:
h = (X-Xmin)/(Xmax-Xmin), (1)
где: Х- текущее значение переменной в некоторых единицах измерения; h-текущее нормированное значение Х. При таком рассмотрении качество функционирования системы Q(h) описывается при помощи выражения:
Q(h) = -khlnh. (2)
либо: Qs(h) = -(1-k)ln(1-h) (3)
где: h-определено (1), 0 " k " .
Качество функционирования системы Q(h) максимально становится только тогда, когда h = h1 = 1/e 0.368, либо в зеркальном случае:
h = h2 = 1- 1/e 0.632. Чтобы не зависеть от от единиц измерения оба выражения (2) и (3) можно разделить на их максимальные значения, равное k/e, тогда получают следующие выражениe:
R(h) = -ehlnh, (4)
Rз(h) = -e(1-h)ln(1-h). (5)
Если изобразить графически R(h) и Rз(h) в Zv , то получим асимметричные куполообразные кривые с максимумами при h1 и h2, в обе стороны от которых величины R(h) и Rз(h) уменьшаются, и можно выделить "зоны" качества функционирования.
Помимо галактических факторов на эволюцию гомеостатов живых систем действуют самые разнообразные Земные физические факторы, такие как световые, тепловые, газовые, радиационные, ионно-солевые и т.д. Но среди этих факторов только три действовали постоянно и упорядоченно с самого начала возникновения Земли: гравитация, геомагнитное поле и силы вращения Кориолиса [46]. Биосистемы развиваются под их непрерывным действием и зависят от их изменений все время.
Эти факторы имеют уникальные особенности, которых нет у других - они обладают векторной направленностью, проникающим действием через любые преграды (экраны) и периодическими упорядоченными изменениями (колебаниями) во времени. Указанные главные геофизические факторы создают определенную пространственно-временную систему, в которой происходит возникновение и развитие биосистем. Поэтому гомеостаты должны отслеживать их, адаптироваться к ним или каким-то образом компенсировать их нарушающее действие. Следует отметить, что еще одной из важных характеристик гомеостатических систем является ритмичность изменения их структур и функций (показателей), отражающих изменение состояния организма. Именно векторный характер функциональных реакций, обеспечивающих гомеостаз, помогает выяснить фундаментальный принцип составляющий основу гомеостаза, на котором зиждется единство организма со средой, принцип СИММЕТРИИ. Принцип биосимметрии, заложенный в функциональной активности гомеостатов, отражается и на их структурной организации.
Известно, что симметрия тесно связана в своей основе с пропорциональностью, т.е. с соотношением целого и составляющих его частей. Эта связь находит свое выражение в так называемом "золотом сечении", являющемся основой гармонического построения живых и неживых систем. (По вопросу золотого сечения и его проявления в Природе смотри [147]).
Энергетический субстрат - температурные границы существования, наличие освещенности и ее цикличность, вещества энергоносители (пища), гравитационные перепады, электрические и магнитные поля. Электронно-зарядное равновесие.
Интегративным показателем видов обмена внутри гомеостатов в биохимическом аспекте является кислотно-щелочное равновесие - (КЩР). Его отклонения некомпенсированный алкалоз или ацидоз. КЩР ограничивается атомно-молекулярным уровнем и является собственно электронно-зарядным равновесием акцепторных (кислой реакции) и донорных (щелочной реакции) молекулярных соединений. О важнейшем значении электронно-зарядного равновесия свидетельствует тот факт, что в ходе эволюции выработались специальные механизмы его регуляции. В организме человека и высших животных известен гомеостат буферной системы крови, состоящий из подсистем гомеостатов эритроцитарно-гемоглобиновом, бикарбонатном, фосфатном, белков плазмы. Выход этих гомеостатов за границы рабочих параметров приводит в сторону либо превалирования акцепторных (отнимающих электроны), либо в сторону донорных (отдающих электроны) молекулярных соединений и отдельных ионов. В связи с их высокой реакционной способностью (разъедающие свойства кислот и щелочей) происходит повреждение структур организма и нарушение его функций. Кроме того, некомпенсированное превалирование акцепторных или донорных молекулярных соединений приводит к расширению и деформации структур (например, эмфизема легкого, дилятация сердца) вплоть до разрыва химических связей с соответствующими последствиями для жизнедеятельности организма.
Все экстремальные энергетические факторы внешней и внутренней среды ведут структуры организма к перегреву и расширению вплоть до разрыва связей и гибели организма. При гипоэнергетическом состоянии организма клетки вынужденно переходят на вспомогательный, менее выгодный энергетический цикл - гликолиз, приводящий к образованию большого количества молочной кислоты, а вследствие этого - к некомпенсированному сдвигу электронно-зарядового равновесия в сторону превалирования акцепторных соединений.
Пластический субстрат - наличие веществ, идущих на постройку физической структуры гомеостатов, скорость их потребления, ограничиваемая скоростью поступления (массопереноса), возобновления (реакреации, синтеза).
ЧАСТЬ III.
ГОМЕОСТАТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ВВЕДЕНИЕ
Разнообразие живых организмов на планете Земля формируется из сходных относительно простых структурных форм, приобретающих все более сложные черты по мере появления более мощных механизмов энергопотребления и увеличения перерабатываемого разнообразия информационных потоков, отличающихся по материальной природе носителей информации. Высшая биологическая форма не исчерпывается суммой низших форм, но сводится к ним в структурном отношении, так же как живое сводится к химии и физике, но не исчерпывается ими в качественном отношении.
Длительный путь исследования живого привел к некоторым аксиоматическим понятиям, на которых строится вся пирамида разнообразия форм живого. Медников Б.М.[78] их сформулировал таким образом:
1. Все живые организмы должны быть единством фенотипа и программы для его построения (генотипа) передающегося по наследству из поколения в поколение.
2. Наследственные молекулы синтезируются матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения.
3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и не направлено, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными.
4. Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипов многократно усиливаются и подвергаются отбору условиями внешней среды.
Мы считаем, что необходимо добавить пятую аксиому:
5. Живые организмы есть необходимая часть эволюционирующего Универсума в сторону увеличения скорости и качественно отличных способов переработки информационных потоков.
В этих аксиомах неявно утверждаются следующие принципы:
- носителем информации отдельности (индивида) живого является молекулярная форма организации материи;
- эта информация (генотип) обладает свойством относительной устойчивости и изменчивости;
- фенотип есть реализация генотипа в конкретных космофизических условиях.
Абсолютизация третьей аксиомы некоторыми исследователями подвергается сомнению; считается, что наряду со случайными мутациями наблюдается направленный мутационный процесс, особенно проявляющийся в период перед глобальными катастрофами, резко изменяющими среду обитания для предшествующих видов [153].
