6.3.3. Двухкомпонентная структура организма.

Рассмотренные выше особенности организации и функционирования живых систем характеризуют необычайную сложность процессов управления, обеспечивающих высокую надежность этих систем. Эти процессы обеспечивают организмам способность противостоять многообразным воздействиям ОС, максимально возможную свободу и независимость организма от нее. Для этого необходимо выполнять несколько задач. С одной стороны необходимо снабжение энергией работающие органы и функциональные системы, замена выходящих из строя элементов, удаление шлаков, отмирающих клеток, тепла и “отходов” процессов жизнедеятельности и другие требуют больших затрат энергии. С другой стороны, организм должен ориентироваться в ОС, оценивать ее параметры и строить целенаправленное поведение, позволяющее выжить в ней. Поэтому изображение биологической системы в виде двух взаимодействующих компонент – метаболической (МП) и управляющей (УП) подсистем – (рис. 6.2) представляется достаточно убедительной основой для представления структуры биосистем [Новосельцев].

Метаболическая подсистема (МП) обеспечивает вещественную и энергетическую компоненты, которые необходимы для обеспечения функционирования организма. В МП происходит перемещение и переработка веществ, поступающих из ОС (пища + окислитель), в другие вещества и энергию, необходимые для жизнедеятельности. Кроме того, МП удаляет отходы переработки и вредные продукты жизнедеятельности.

Управляющая компонента организма (УП) представлена в виде нескольких взаимосвязанных блоков: рецепторной (Рец. П), рефлексивной (Реф. П), (в качестве которой выступает ЦНС) и эффекторной (ЭП) подсистем (см. рис. ?). В этой части системы организма осуществляются функции, связанные с восприятием, хранением, переработкой и использованием информации.

У высших животных функции рефлексивной подсистемы выполняет центральная нервная система (ЦНС). Рецепторная подсистема содержит рецепторы двух видов, которые позволяют организму контролировать различные процессы. Рецепторы ОС (эксерорецепторы - органы чувств) доставляют в ЦНС сведения, позволяющие формировать поведенческие акты, которые соответствуют текущим потребностям организма и могут быть реализованы в соответствующие моменты времени, а рецепторы ВС (интерорецепторы) поставляют информацию о потребностях организма и стимулируют его поведенческие реакции.

Поведенческие акты реализуются через эффекторы (эффекторную подсистему (ЭП)). В ЭП включаются органы дыхания и движения, органы звуковой сигнализации (у человека – речь). К эффекторной части следует отнести и все органы, оказывающие воздействия на ВС организма – железы внутренней и внешней секреции, регуляторные механизмы (генетическое и физиологическое управление) и т.п. Таким образом, эффекторная подсистема не только обеспечивает функциональную деятельность организма в ОС, она еще и управляет метаболической подсистемой (широкие стрелки на рис. 6.2), которая в свою очередь обеспечивает функционирование управляющей подсистемы организма (тонкие стрелки на рис. 6.2). В табл. 6.1. сведены функции, выполняемые управляющей подсистемой организма.

Процессы, происходящие в МП, контролирует управляющая подсистема. Она определяет, какие процессы и с какой скоростью должны протекать в МП, что (имеется в виду какие вещества и энергия), куда и в каких количествах должны быть доставлены. При этом вещества и энергия, полученные в МП, поступают как в управляющую подсистему, так и в саму метаболическую подсистему, так как работа механизмов переработки и удаления шлаков также требует значительных затрат и специальных веществ и энергии. Процессы сборки тоже следует отнести к метаболической подсистеме, считая, что МП осуществляет как синтез нужных веществ, так и формирование из них клеточных структур (мембран и других элементов), самих клеток и многоклеточных образований, необходимых для жизнедеятельности организма.

Таблица 6.1 Функции управляющей подсистемы организма

Функции	Системы, реализующие функции
1. Восприятие информации	Сенсорные системы организма (зрение, слух, осязание и т.п.); рецепторы Внутренней Среды (хеморецепторы, барорецепторы, глюкорецепторы и т.п.)
2. Обработка информации, принятие решений, формирование программ поведения, регуляция ВС	Центральная нервная система (ЦНС)
3. Реализация принятых программ	Эффекторные системы организма (скелетно-мышечная, нервная, эндокринная, репродуктивная, органы речи или внешней сигнализации)

Процессы в МП выполняются специальными физиологическими системами, на которые поступают управляющие сигналы с УП, но вместе с тем в управлении процессами, происходящими в МП, первоочередную роль играют и механизмы, сосредоточенные в самой МП – механизмы саморегуляции (ауторегуляции).

Среди метаболических функций выделены пять основных (см. табл. 6.2).

1. Доставка исходных компонентов к месту их утилизации. Система пищеварения обеспечивает централизованное снабжение организма пищей, а легкие – окислителем (кислородом). Характерными очень эффективным транспортным средством на уровне целостного организма становится перенос веществ в потоке носителя – газа или жидкости. Кислород поступает в альвеолы из воздушного потока, возникающего в легких при движении дыхательной мускулатуры. Поток субстратов возникает при перемещении продуктов по пищеварительному тракту с перевариванием (разложением) большинства из них до элементного уровня (аминокислот, жирных кислот, моносахаров, компонентов нуклеотидов) с последующим всасыванием их из полужидкой массы перевариваемых продуктов, которая перемещается перистальтическими движениями кишечника. Затем все эти вещества поступают в основную физиологическую транспортную систему организма – сердечно-сосудистую систему. Поток крови, разветвляясь в организме, доставляет в межклеточную среду всех органов кислород, субстраты и топливо. А из межклеточной среды клетки уже могут получить нужные им вещества путем диффузии и синтезировать из них индивидуальные для данного организма полимеры: белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты.

Кровь является еще и переносчиком тепла от работающих систем организма, где оно образуется в избытке, к периферическим теплообменникам, где тепло уходит из организма, спасая его от перегрева и гибели.

2. Производство энергии. Производство энергии в организме сосредоточено в его биохимической системе, а ее транспорт осуществляется физиологическими системами. Процессы получения энергии происходят в митохондриях клеток и регулируются центральными и ауторегуляторными механизмами в соответствии с потребностями всего организма. Энергия запасается в виде химически связанных энергоемких молекул аденозинтрифосфата (АТФ) и переносится в таком виде потоками крови.

3. Процессы синтеза. Эти процессы целиком выполняются биохимической системой, а управляются и координируются различными внутриклеточными механизмами, реализующими рост и обновление всех внутриклеточных структур каждой клетки, синтез одного или нескольких веществ, необходимых целостному организму и вырабатываемых данной клеткой, а также обновление с различной скоростью всех клеток всех тканей, кроме нейронов. Органы содержат определенные типы клеток, специализирующихся на производстве одного или нескольких веществ. Вещества, произведенные в одном месте, распределяются между всеми потребителями в соответствии с текущими потребностями. Внутри организма их транспорт осуществляют сердечно-сосудистая и лимфатическая системы.

4. Выведение конечных продуктов. Эта функция целиком лежит на физиологическом комплексе организма. Частично они возложены на те же потоки вещества-носи­теля, которые приносят в организм кислород и субстраты – углекислота и пары воды, удаляемые через легкие, билирубин, удаляемый через кишечник. Другие продукты обмена из межклеточной среды собираются в печени, где разлагаются до простейших компонентов и затем выводятся через почки (азотистые соединения, мочевина) или через потовые железы (высокомолекулярные вещества).

5. Особое положение среди функций выведения конечных продуктов занимают органы репродуктивной системы организма, которые обеспечивают эффективное выведение наследственного материала, эффективного выделения наследственных (половых) клеток с целью продолжения вида.

Таблица 6.2. Метаболические функции организма

Функции	Вещества	Системы организма
1. Доставка веществ из Внешней Среды	Субстраты: белки, липиды, углеводы, витамины. Топливо: углеводы. Окислитель: кислород. Транспорт внутри организма.	Физиологический комплекс, желудочно-кишечный тракт, система пищеварения Те же системы. Дыхательная система. Сердечно-сосудистая система.
2. Производство энергии	АТФ	Биохимическая система, митохондрии
3. Обмен веществ	Анаболизм: биополимеры Катаболизм: высоко- и низкомолекулярные отходы, Некротические элементы.	Биохимическая система: Рибосомы и эндоплазматическая сеть Лизосомы
4. Выведение конечных продуктов	Отходы: азот, креатинин, мочевина, вода, углекислота, билирубин	Физиологический комплекс: почки, система дыхания и кровообращения, печень и желчная система.
5. Репродуктивная функция	ДНК	Репродуктивная система

Конечно, для организмов разного уровня сложности выраженность отмеченных функций и механизмы их реализации могут отличаться, хотя, по сути, они практически не изменились, но стали более детализированными, более развитыми. В соответствии с этим и изменились эффекторы; их стало не просто больше, они еще и существенно усложнились. Самые большие изменения произошли в системах транспорта вещества, энергии и информации. Для осуществления обменных потоков между внутренней средой и окружением в организме существует целый набор физиологических систем ‑ дыхание (для снабжения кислородом), пищеварения (для всасывания веществ при переваривании пищи) и др.

Различные транспортные механизмы используются и для доставки разных компонент внутри организма, а также для вывода конечных продуктов. Особое место при этом занимают сердечно-сосудистая и лимфатическая системы. Для передачи осведомительной и управляющей информации в процессе эволюции на смену медленных и диффузных, действующих по всему организму гуморальной и гормональной систем, появилась более емкая быстрая и очень локально (вплоть до отдельных групп клеток) действующая нервная система. Изменились “конструкции” внешних эффекторов организма, с помощью которых он реализует свои программы поведения. Все это способствовало усложнению организма, росту его ресурсов и, следовательно, более надежному функционированию. И в этом большая роль отводится принципам организации управления организмом, реализуемым в функциональной системе организма.