Глава 9

Внутриклеточные реакции на

изменения окружающей среды:

поиск оптимальной среды

существования

Резюме

В 1932 году Уолтер Кэннон, не обладая какими-либо специаль­ными знаниями о метаболических и ферментативных процессах в клетке, написал книгу о мудрости тела, в которой использовал идеи французских и немецких физиологов конца XIX века. Адап­тация - это ключевое понятие в биологии.Она бывает эволюцион­ной, физиологической или культурной. Параметры оптимальной окружающей среды не могут быть постоянными, однако диапазон и частота их изменений должны иметь оптимальное значение.

Мудрость тела

В 1932 году произошло одно из величайших событий в био­логии - Уолтер Кэннон опубликовал свою книгу под названием "Мудрость тела" [1], в которой нашли свое продолжение идеи его более ранней статьи "Организация физиологического го-меостаза" («Physiological Reviews», 1929) [2]. Незадолго до этого в своем научном докладе, представленном на праздновании юбилея Чарльза Ричета, Кэннон впервые использовал новый термин "гомеостаз". Однако это выступление, опубликован­ное в "Трудах Конгресса американских врачей и хирургов", осталось незамеченным и не получило такой известности, как его более поздние публикации.

В своей обзорной статье Кэннон приводит шесть основных постулатов, характеризующих гомеостаз. Так как только не­многие из современных молекулярных биологов считали необ­ходимым ссылаться на эти ранние, догматические представле­ния о механизме обратной связи, я решил привести их в таб­лице 1.

129

ВАН РДНСЕЛЕР ПОТГЕР___________________________________________________________

Таблица 1. Шесть постулатов гомеостатической регуляции Уолтера Кэннона [2].

1. В открытой системе, которую представляет наш организм (состоящий из нестабильных компонентов, подверженных не­прерывному разрушающему влиянию окружающей среды), сохранение постоянства само по себе есть свидетельство нали­чия сип, действующих или готовых действовать в направлении поддержания этого постоянства.

2. Сохранение постоянства объясняется тем, что любая попытка его нарушить автоматически встречает сопротивление в виде усиления действия одного или нескольких факторов.

3. Любой фактор, действие которого направлено на поддержа­ние устойчивого состояния организма, не может одновремен­но работать в 2-ух противоположных направлениях.

4. Гомеостатические агенты, выступающие в качестве антагони­стов в одной части организма, могут кооперировать — в дру­гой.

5. Регулятивная система, определяющая состояние гомеостаза, может состоять из ряда взаимодействующих между собой факторов, вовлеченных в работу одновременно или последо­вательно .

6. Когда известна сила, которая может изменять гомеостатиче-ское состояние в каком-то одном направлении, следует искать механизм ее автоматического контроля или факторы, вызы­вающие прямо противоположный эффект.

Постулаты Кэннона, относящиеся к "мудрости тела", почти без особых изменений можно применить к новой группе явле­ний, под названием "мудрость клетки" — именно поэтому ра­боты этого автора вызывает у нас такой интерес. Данная тема еще ждет своего развития (о чем можно судить на основании представленного ниже анализа книги Кэннона}. Однако уро­вень знания в период написания им книги, не позволял рас­пространить шесть постулатов гомеостаза на "мудрость клет­ки". Насколько я могу судить, у Кэннона не было ни малейше­го представления о ферментах в современном понимании это­го слова, поэтому он даже не упоминает этот термин в своих работах. Для него понимание "активности клетки" включало все то, что сегодня изучается в виде схем и путей метаболиз­ма, индукции, адаптации, репрессии, аллостерической актива­ции и т. д. Не удивительно, что Кэннон, который и не помыш­лял о существовании каких-либо ферментов, не смог предви­деть развития приспособительных реакций за счет изменения количества фермента (хотя в метаболических процессах эти реакции встречаются достаточно часто).

130

________________________________________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

Вместе с тем, он в полной мере осознавал свой долг по от­ношению к предшественникам, в числе которых был великий французский физиолог Клод Бернар*. Бернар в 1878 году употребил знаменитое изречение о постоянстве milieu interieur* в таком контексте: "...все жизненные механизмы, при всем их разнообразии, имеют только одну цель — поддержание посто­янными условий жизни во внутренней среде организма" (этот факт, безусловно, свидетельствует о вторичности концепции гомеостаза). Более того, еще в 1877 году известный немецкий физиолог Пфлюгер* независимо от Бернара утверждал: "Причина каждой потребности живого существа является также причиной удовлетворения этой потребности". В 1885 году Фредерик, а в 1900 году Шарль Рише* высказали похожую точку зрения. Так, Фредерик Рише пояснил: "Живое существо — это сила такого рода, которая при любом неблагоприятном воздействии сама по себе запускает компенсаторную реакцию по нейтрализации этого воздействия или восстановлению ис­ходного состояния. Чем выше уровень развития живых су­ществ, тем более разнообразными, совершенными и сложны­ми становятся эти регуляторные механизмы. Они направлены на достижение полной [sic!] независимости от неблагоприят­ных факторов и изменений окружающей среды". Шарль Рише так говорил о живом организме: "В некотором смысле его со­стояние является стабильным благодаря его способности мо­дифицироваться; легкая степень нестабильности — необходи­мое условие для достижения организмом подлинной устойчи­вости". Все ученые, на труды которых ссылается Кэннон, были знаменитыми физиологами. Эпоха биохимиков еще не наста­ла.

Изменения Количества ферментов

В 1939 году началась новая эпоха. Блестящий молодой не­мецкий исследователь предложил концепцию метаболических циклов (за которую он позднее получил Нобелевскую премию) и стал известным как сэр Ганс Адольф Кребс из Оксфорда. Однако, факт существования цикла синтеза мочевины оспари­вался на основании того, что экспериментальные данные были получены «из пробирки». Поэтому два американских ученых начали поиск дополнительных доказательств существования такого цикла. Они решили выяснить, увеличивается ли кон­центрация аргиназы, одного из ферментов орнитинового цик­ла, в печени крыс, если животных содержать на диете с высо­ким содержанием белка. Г. Лайтбоди и А. Клейнман [3J пока­зали, что при этом активность фермента аргиназы действи-

внутренняя среда (фр.)

131

ВАН РАНСЕЛЕР ПОПЕР

тельно увеличивается, и таким образом получили дополни­тельные факты в пользу существования цикла Кребса и поло­жили начало новой эре исследования ферментативных аспек­тов адаптации. При этом они провели различие между количе­ством и активностью ферментов: "В целом можно ожидать, что изменения активности ферментативных систем, вызван­ные разнообразием количества и качества пищи, могут приво­дить к развитию двух типов адаптации: (а) требующей приня­тия неотложных мер и (б) связанной с развитием медленно протекающих физиологических процессов. Приспособитель­ные реакции первого рода включают изменения скорости и продолжительности действия ферментов, темпа поступления субстрата и удаления конечных продуктов реакции, активацию и инактивацию дополнительных количеств фермента. Второй тип адаптации может рассматриваться как адаптация путем изменения количества ферментов, необходимого для выполне­ния данной цели" (курсив авт.). Оказалось, что Кэннон не рас­сматривал механизм количественных изменений, так как все свое внимание он посвятил вопросу переключения функций органа от состояния покоя к состоянию работы и наоборот. Результаты ранних исследований Лайтбоди и Клейнмана в значительной степени были развиты в оригинальных экспери­ментах Р. Шимке и его соавторов [4], которые установили, что процессы синтеза и распада контролируются организмом не­зависимо друг от друга.

Примерно в это же время методика определения количест­ва ферментов в гомогенатах органов Поттера-Элевейема стала завоевывать широкое признание, и я опубликовал одну из мо­их ранних диаграмм, с изображением обратных связей между физиологией и молекулярной биологией [5]. Это было в 1944 году, когда такие понятия, как обратная связь и молекулярная биология, еще не появились в биохимической литературе. И, тем не менее, уже тогда я написал:

Специализированные ткани отличаются от более простых, рас­тущих и неспециализированных, по крайней мере, тремя важными аспектами. Во-первых, они должны быть приспособлены для со­хранения энергетических запасов до тех пор, пока не возникнет необходимость их быстрой мобилизации и использования для энер­гетического обеспечения определенной функции. Во-вторых, орга­низм должен регулировать свои процессы таким образом, чтобы не препятствовать удовлетворению потребности функционирую­щей части. В-третьих, должен существовать механизм, при помо­щи которого специализированный орган сможет расти и разви­ваться для того, чтобы соответствовать тем потребностям, кото­рые периодически испытывают его функциональные возможности. Первый аспект был изучен на примере активности ферментов и стадий промежуточного метаболизма. Второй - разработан фи­зиологами, эндокринологами и фармакологами. Третий - пред­ставляет величайший интерес в связи с изучение раковых клеток, когда кажется, что их рост происходит, казалось бы, без всякой

132

____________________________________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

причины. Эти три этапа ответной реакции специализированной тка­ни на стимул являются, механизмами контроля, которые, в конеч­ном счете, координируют свою работу (используя для этого об­щие знаменатели) в соответствии с действием естественных раз­дражителей. В данной статье в качестве такого общего знаменате­ля предлагается аденозинтрифосфатная система, которая обеспе­чивает интеграцию вышеназванных механизмов контроля ...".

В своем обозрении покойный Джес Гринстейн так проком­ментировал мою статью: "Ведущая роль АТФ в мышечном ме­таболизме признается давно. Но можно ли распространять данные, полученные при изучении мышечной физиологии, на другой вид тканей — этот вопрос, по-прежнему, остается от­крытым". [6] История последующих событий подтверждает возможность такой экстраполяции. В статье 1945 года (Рис. 9.1), посвященной исследованию проблемы шока и написанной мною совместно с В. Макшаном и соавторами [7], была вновь опубликована диаграмма 1944 года, отображающая характер обратных связей. Эта диаграмма представляет собой некий мост между работами Кэннона [1,2] и современными исследо­ваниями по ферментативной природе клеточной адаптации.

Первой работой, получившей признание и открывшей веху изучения ферментативной адаптации у млекопитающих, был внушительный обзор В. Кнокса, В. Ауэрбаха и Э. Лина "Ферментативная и метаболическая адаптация животных" [8], который, также как и замечательная работа Кэннона, был опубликован в журнале "Physiological Reviews". Несмотря на достаточно большое количество цитируемых источников (их было 752), в исторической перспективе этот обзор оказался достаточно слабым. В нем, например, не было даже упомянуто имя Уолтера Б. Кэннона или понятие гомеостаза в связи с рас­смотрением роли ферментативных приспособительных реак­ций, предназначенных для поддержания постоянства внутрен­ней среды организма. Вместо того, чтобы обратиться к работе "Мудрость тела" авторы ссылались, как, впрочем, и их пред­шественники, на многочисленные работы бактериологов, в ко­торых неоднократно утверждалось, что количество отдельных ферментов в бактериальной клетке может изменяться незави­симо от количества общего белка. Этот обзор стал героиче­ским трудом, компиляцией различных источников для того, чтобы документально доказать факт существования фермента­тивной адаптации у животных. В нем практически не были рассмотрены связи описываемых фактов с физиологическими исследованиями в прошлом или теоретическими механизмами, недостаточно изучеными в настоящем. Такие механизмы в мо­лекулярной биологии были рассмотрены В. Поттером и В. Ау-эрбахом в 1959 году [9], в преддверии бурных открытий в об­ласти исследования экспрессии гена как результата модифи­цирующего влияния окружающей среды.

133

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР

Три Вида адаптации

Сегодня я могу сказать, что адаптация — это все то, что изучает современная биология. Если бы мне предложили про­читать только одну лекцию по биологии студентам, абсолютно не знакомым с этим предметом (что я фактически делаю один раз в год], я бы прочитал ее на тему адаптации.

От начала и до конца своих дней мы живем в условиях по­стоянно изменяющейся окружающей среды. И живем только потому что адаптируемся. Каждый новый год отличается от предыдущего, но то, чему мы научились сегодня, может приго­диться нам завтра. Если мы узнаем, что представляет собой процесс обучения, возможно, мы сможем учиться снова и сно­ва.

Адаптация есть своего рода обучение и поэтому нам необ­ходимо выяснить, в чем же она состоит. Если мы сможем по­нять, что адаптация — это путь к жизни, то, может быть, мы всерьез задумаемся над тем, в каком мире нам следует жить (если у нас еще есть выбор), и что является оптимальной ок­ружающей средой для человечества? Именно эти вопросы я намерен обсуждать далее.

Первое, что мы должны уяснить - сегодня понятие "адаптация " не имеет четкого определения. Оно слишком пе­регружено в содержательном плане, поэтому только его точ­ное определение может облегчить наше положение. Этот тер­мин станет более ясным, если мы будем употреблять его вме­сте с определениями эволюционный, физиологический или куль турный.

Понятие "эволюционная адаптация" приложимо к жизни нескольких поколений популяции. При помощи эволюционной адаптации естественный отбор регулирует численность попу­ляции, состоящей из неидентичных друг другу индивидов, и отбирает тех, чья наследственность в лучшей степени обеспе­чивает репродуктивную функцию в данной среде. Эволюцион­ная адаптация не может предвидеть будущее, что часто (но не обязательно) приводит к исчезновению вида.

Мы нуждаемся в более глубоком понимании физиологиче­ской адаптации, поскольку приспособления такого рода, воз­никающие за считанные минуты или на протяжении многих недель и лет, присущи каждому из нас. По мнению У. Кэнно-на, физиологическая адаптация — это оркестр, исполняющий симсронию, состоящую из партий отдельных органов. И это действительно так. Но внутри органов обнаруживается муд­рость отдельных клеток, или, так называемая, клеточная адап­тация как механизм, в котором активность и количество фер­ментов то увеличиваются, то уменьшаются в зависимости от потребностей организма. Когда мы поднимаемся на большие высоты в горах, мы в определенной степени повышаем воз-

134

_________________________________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

можности наших клеточных механизмов; когда озабоченные своими делами, устремляемся по улице, вдыхая выхлопные га­зы, у нас активизируется другой набор ферментов (что будет показано далее).

Тканевая гипоксия

Повреждающее воздействие

"Шок" - цикл приводящий

к смерти

Аденозинтри фосфат (АТФ)

Уменьшение объёма циркулирующей крови

Геморрагия.

другие физиологические

факторы

Метаболические продукты

Адениловая Неорганический 20.000 кислота '• фосфат ~*~ кал.

Жизненные циклы

Гликолиз (молочная кислота) и дыхание (СС\)

Непосредсвенная

внутриклеточная

реакция

Увеличение потока крови

Глюкоза и кислород —

Г"

-*|— Вазодилатация -ч«— Локальная

Фармакологическая реакция ^.

ИН, ИНСУЛИН,

-неизвестные факторьГ

Увеличение синтеза биокатализаторов

Центральная

Развитие ответной реакции

Рис. 9.1.

Диаграмма обратных связей (1945 г.) АТФ выступает в качестве воз­можного общего знаменателя физиологических процессов в организ­ме и его отдельных клетках при развитии ферментативной адаптации

(см. [7]).

135

ВАН РАНСЕЛЕР ПОПЕР

Наконец, культурная адаптация индивида является психоло­гическим двойником физиологической адаптации, однако мо­жет быть аналогом и эволюционной адаптации, в процесс ко­торой вовлечены целые популяции. Культурная адаптация, которую нам хотелось бы иметь представляет собой процесс распространения знаний обо всех видах приспособительных реакций организма и формирование более серьезного отно­шения к недостаточности наших знаний о тех аспектах адап­тации, которые нам пригодятся для выживания в будущем. Бо­лее того, аналогия между шоком, вызванным влиянием культу­ры и физиологическим шоком позволяют нам оценивать эти явления как провалы в соответствующих видах адаптации.

Систематичес1ше 1солебания поведения Животных в условиях Контролируемого реЯшма питания

На протяжении последних лет в нашей лаборатории изуча­лась активность различных ферментов в печени белых крыс в связи с изучением природы перерождения нормальных клеток в раковые. Мы задали вопрос: "Аналогичны ли ответные фер­ментативные реакции нормальных и раковых клеток на воз­действия одинаковых раздражителей?" По ходу работы стало ясно, что устойчивость определенных функций организма, по­казателями которой являются рН, щелочной резерв, темпера­тура тела и клеточный состав крови, при значительных изме­нениях внешней среды достигается за счет существенных сдвигов в активности ряда ферментов, концентрация которых то увеличивается, то уменьшается. Был начат эксперимент, согласно протоколу которого всех крыс разделили на три группы, получающие пищу, с содержанием 12, 30 и 60 % белка и 79, 61 и 31 % - углеводов, соответственно. Оставшиеся 9 % пищи составляли кукурузное масло, минеральные вещества и витамины [10J. Мы тщательно поддерживали световой режим: 12 часов, имитирующих день, и столько же часов, моделирую­щих ночное время суток. Причем животные имели доступ к пище только в течение первых 8 часов темного времени суток. Этот режим был обозначен нами как "8+16" (8 часов, когда пища доступна животным и 16 часов голодания). Для того, чтобы получить наиболее выраженные показатели изменения активности фермента и, отчасти для того, чтобы проверить нашу гипотезу о лучших показателях животных первой груп­пы, вторая группа изучалась по схеме "8 + 40" (каждые два дня пища была доступна только первые 8 часов). Было доказано, что эти крысы весили в среднем на 100 г меньше, чем живот -

136

___________________ ___________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

ные "8+16" или же получавшие пищу ad libitum1 в течение месяца, (соответственно, 225-250 г - 1,11 и 325-350 г - 111). Недав­но мы закончили эксперименты, длившиеся целый год с груп­пой "8+16", в которой животным привили медленно растущие раковые опухоли. В течение всего периода эксперимента вес крыс оставался в пределах 250 г, и мы действительно убеди­лись в том, что произошло значительное замедление роста опухоли. Полученные данные были опубликованы ("Cancer Re­search" 29:1691-98, 1969). В них было показано, что животные группы "8 + 40" могут достаточно долго жить и вести гиперак­тивный образ жизни (клетки имели оборудование для изуче­ния двигательной активности крыс).

Во многих экспериментах, результаты которых приведены в литературе, одновременно измерялась активность только одно­го фермента. Появление частично автоматизированной аппа­ратуры сделало возможным увеличение количества измере­ний при помощи специальной методики профессора Х.С. Пи-тота. И теперь мы можем представить данные из последнего доклада В. Поттера, М. Ватанабе и X. Питота [10] об активно­сти четырех ферментов у крыс, которые содержались в усло­виях трех различных режимов питания (Рис. 9.2). Во-первых, можно обнаружить, что активность тирозинтрансаминазы и сериндегидратазы увеличивается пропорционально содержа­нию белка в пище, однако синтез последней "не запускается" до тех пор, пока уровень белка не превысит 12 %. Во-вторых, активность глюкоза-6-фосфатдегидрогеназы и фермента, рас­щепляющего цитрат, увеличиваются пропорционально содер­жанию углеводов в пище и обратно пропорционально про­центному содержанию белка. В-третьих, на уровень содержа­ния глюкоза-6-фосфатдегидрогеназы влияет не только состав пищи, но также и длительность интервалов между кормления­ми.

В разное время суток крысы периодически выводились из эксперимента, и было обнаружено, что в течение дня колеб­лется активность некоторых ферментов. Наиболее выражен­ными были изменения тирозинтрансаминазы, активность ко­торой повышалась каждую ночь у животных в группе "8+ 16" [10J, а группе "8 + 40" ее активность повышалась дважды — ночью во время принятия пищи и вечером перед наступлени­ем того дня, когда животные не получали пищи (Рис. 9.3., См.: [10]). Колебания активности тирозинтрансаминазы также на­блюдались и в контрольной группе, однако, отклонения сред­них величин были менее выраженными [11]. В ходе экспери-

по желанию, по своему усмотрению (лат.). В данном случае имеется в виду контрольная группа животных, которой был предоставлен свободный доступ к пище в течение всего эксперимента (Прим. перев.).

137

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТГЕР

600 i •. "8+16"

__ ______ БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

Рис. 9.2. Зависимость активности тирозинтрансаминазы, сериндегит-ратазы, глкжоза-6-фосфатдегидрогиназы и ферментов, расщепляю­щих цитраты в печени крыс, от содержания белка в пище. Заштрихо­ванные фигуры, соединенные непрерывной, прерывистой и пунктир­ной линиями, соответствуют средним значениям указанных показате­лей у крыс из группы «8 + 40», «8+16» и «8+ 16». Первые две группы содержатся в обыкновенных клетках, последняя — в специально обо­рудованных для изучения двигательной активности клетках (См. [10])

мента по изучению способности печени к накоплению аналога аминокислоты было показано, что колебания активности фер­мента происходят только в опытных группах. Анализ данных, полученных в контрольной группе ad libitum, не выявил каких-либо систематических флуктуации. Эти разнообразные зако­номерности были недавно обобщены в материалах "Симпозиума по проблемам питания и метаболической регу­ляции" и поэтому нет необходимости их детализировать [11]. В указанном сообщении, мы привели пять определений различ­ных целей, которые можно было бы использовать для исследо­вания замены контролируемого режима питания животных режимом ad libitum с целью создания экспериментальных ус­ловий, релевантных состоянию благополучия человека. Одной из таких целей был поиск оптимального режима , питания с точки зрения различных критериев, таких как долголетие, фертильность, эффективность совершаемой работы. После симпозиума кто-то заметил, что указанные три критерия не рассматриваются нами на предмет "совместимости с другими критериями", и я согласился, что оптимальный режим питания должен учитывать не только те факторы, которые мы перво­начально указали.

Flouck оптимальной оКруЖающей среды

Первоначально, разрабатывая режим "8 + 40", мы предпола­гали, что он обеспечит выживание животных, находящихся на низкокалорийной диете, а что состояние животных контроль­ной группы, получающих пищу по желанию, будет хуже, чем в естественных условиях. Имеется достаточно обширная литера­тура (на которую мы частично ссылались [11]), где показано, что у животных, находящихся на ограниченном по калорийно­сти режиме питания, спонтанные случаи развития опухолей случались реже и эти животные по ряду причин жили дольше, чем те, которые ели вдоволь. Нам кажется, что подопытные . животные, содержащиеся взаперти в маленькой клетке с оби­лием пищи под самым носом и которым нечего делать, кроме как все время есть, находятся в весьма неестественной ситуа­ции, не соответствующей их природным инстинктам. Я пола­гаю, что здесь есть прямая аналогия с тем положением, в ко­тором сегодня оказался человек, однако, я все же не хотел бы

139

ВАН РАНСЕЛЕР ПОПЕР

преувеличивать значение отдельного случая. Что касается крыс, то можно предположить, что естественный отбор, по-видимому, управлял процессом появления не только тех осо­бей, которые каждую ночь испытывают потребность в еде, но и тех, которые могут выдержать отсутствие еды в течение ка­кого-то времени. Исходя из этого, мы установили режим 8 + 40" и, как я упоминал ранее, мы получили данные по жи­вотным, находившимся на этом режиме более 13 месяцев. При этом, действительно, моделировались состояния переедания или голодания, но даже после окончания эксперимента мы не можем сказать, существуют ли какие-либо положительные стороны данного режима или же нет. В этой связи следует подчеркнуть, что ряд теоретических школ которые предлагают в качестве оптимального режима - питание частое и "небольшими порциями". По этому вопросу имеется много литературы, особенно хочется отметить работы К. Коха и со­авторов [12, 13]. Большинство предыдущих экспериментов мы проводили, не используя режима "8 + 40", и понятно, что если подобная методика или ее модификация имеет какое-либо преимущество, это еще необходимо доказать. В настоящее время мы продолжаем эксперименты по этой методике и ис­следуем эффекты воздействия различных режимов питания на жировой метаболизм крыс. Предварительные результаты этой работы уже опубликованы ("Federation Proceedings" 29'1553-59 1970).

Что же касается исследования оптимальных условий окру­жающей среды, мы хотим возвратиться к нашим предыдущим рассуждениям и предупредить, что постоянство внешней сре­ды, которое, в конечном счете, приводит к развитию опреде­ленных адаптивных способностей, абсолютно нежелательно для здоровья животного. Животное может адаптироваться не только к изменениям среды, но, так или иначе, рассчитывает на это (но не на любую степень ее изменений). Если мы при­нимаем эту философию, то можем сформулировать проблему оптимальной окружающей среды следующим образом: вместо того, чтобы спрашивать, что собой представляет оптимально постоянная окружающая среда, мы задаем себе вопрос, како­ва оптимальная частота и амплитуда изменений окружающей среды. А вместо выяснения, какова оптимальная температура среды, мы исследуем оптимальный ее диапазон и частоту из­менений; и, наконец, - не ищем ответа на вопрос об оптималь­ной диете при постоянном наличии пищи, а задумываемся над тем, каковы оптимальные частота употребления и количество пищи.

При экстраполяции экспериментальных данных с животных на человека важно учитывать фактор совместимости его с дру­гими людьми, то есть, результаты воздействия в социальной среде. Однако исследование такой совместимости с другими не является самоцелью. Мы скорее должны видеть проблему в

140

_________________________________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

перспективе, чем препятствовать поступлению жалоб в "Ящик жалоб и предложений". Наконец, мы должны спросить, какая же среда обитания будет в большей степени способствовать развитию и совершенствованию цивилизованного мира.

Активность тирозинтрансаминазы

Кормление

Голодание

' • * • «г"'';

600

500

i 400

I

> 300

200

100

" 0900 1500 2100 0300 0900 1500 2100

1200 1700 2400 0600 1100 1700

Время дня

Рис. 9.3.

Активность тирозинтрансаминазы в печени крыс (линия Holtzman), адаптированных к режиму «8 + 40» с содержанием белка в пище 12, 30 и 60%. Фигуры, соединённые непрерывной, прерывистой и пунк­тирной линиями, соответствуют средним значениям указанного пока­зателя у крыс из групп с содержанием белка в пище — 12, 30 и 60%

(См. [10]).

Надо признать, что общество не предпринимало должных мер для необходимого контроля над степенью загрязнения ок­ружающей среды. И только некоторые капризы развития ци­вилизации случайно привели к прозрению, что ряд инсектици­дов в значительной степени снижает активность печеночных ферментов, выполняющих функцию детоксикации. Сегодня это уже ставший классическим, пример адаптации ферментов к изменениям окружающей среды. Но существует еще доста­точно много соединений, которые индуцируют разнообразные ферменты-детоксиканты не только в печени, но в легких и кишечнике. Среди таких индукторов целый ряд веществ-транквилизаторов, обладающих седативными свойствами [14]. Напрашивается простой вывод, если мы можем производить вещества, обладающие ферментативной активностью, разру-

141

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР

шающей токсические соединения окружающей нас среды, то зачем беспокоиться о ее загрязнении? Разве наши адаптивные способности не будут и далее совершенствоваться, и разве мы не сможем продолжать курить сигареты, дышать выхлопными газами двигателей и применять транквилизаторы? К сожале­нию, все это не так просто, как представляется некоторым. Мы слишком мало знаем обо всех возможных продуктах мета­болизма лекарств. В действительности, некоторые соединения, которые сами по себе не являются канцерогенными, могут трансформироваться в соединения, вызывающие развитие ра­ка [15]. Более того, любой вид адаптации следует рассматри­вать с точки зрения всеобщего равновесия, подразумевающего оценку всех ресурсов организма. В настоящий момент мы просто не можем сказать, существуют или нет какого-либо рода преимущества или недостатки для формирования адапта­ции при помощи, скажем, стократного увеличения активности фермента, который метаболизирует лекарство.

Заключение

Во-первых, я бы хотел подчеркнуть, что хотя сегодня доста­точно много известно о генах, которые определяют потенци­альную силу проявления любой способности организма, но все же нет гарантии, что такая способность обязательно проявит­ся. Во-вторых, мы знаем, что экспрессия каждого гена регули­руется как обратными, имеющими химическую природу свя­зями с окружающей средой, так и результатами деятельности других генов в направлении формирования адаптации [16].

Для того, чтобы определить критерии оптимальной среды нам необходимо еще многое узнать, но уже сейчас ясно, что, нет такой среды, которая сама по себе могла бы считаться оп­тимальной. И если в духе философии плюрализма мы пытаем­ся найти ответ на вопрос об этих критериях, нам необходимо учитывать роль эволюционной, физиологической и культурной адаптации. Наконец, мы должны вспомнить высказанную мной прежде рекомендацию по поводу дальнейшего развития промышленности и сельского хозяйства: "Давайте будем ис­пользовать нашу потрясающую способность к производству для создания тех вещей, которые делают нас более мудрыми, а не более слабыми" [17]. Такие же мысли возникают у меня в связи с обсуждением феномена адаптации.

142

БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Walter В. Cannon, The Wisdom of the Body (New York: W. W. Norton and Company, Inc., 1963).

2. Walter B. Cannon, "Organization for Physiological Homeostasis", Physiol. Reviews 9:399-431, 1929.

3. H. D. Lightbody, and A. Kleinman, "Variations Produced by Food Differences in the Concentration of Arginase in the Livers of White Rats", J. Biol. Chem. 129:71, 1939.

4. R. T. Schimke, "The Importance of Both Synthesis and Degradation in the Control of Arginase Levels in Rat Liver" J. Biol. Chem. 239:3808-3817, 1964.

5. V. R. Potter, "Biological Energy Transformation and the Cancer Problem", Advances in Enzymology 4:201-256, 1944.

6. J. G. Greenstein, book review, Cancer Research 5:62, 1945.

7. W. H. McShan, V. R. Potter, A. Goldman, E. G. Shipley, and R. K. Meyer, "Biological Energy Transformations During Shock as Shown by Blood Chemistry", Am J. Pbysiol. 145:93-106, 1945.

8. W. E. Knox, V. H. Auerbach and E. С. С. Lin, "Enzymatic and Metabolic Adaptations in Animals", Physiol. Review 36:164-254, 1956. (Contains 752 references).

9. V. R. Potter and V. H. Auerbach, "Adaptive Enzymes and Feedback Mechanisms", Lab. Invest. 8:495-509, 1959.

10. M. Watanabe, V. R. Potter and H. C. Pitot, "Systematic Oscillations in Tyrosine Transaminase and Other Metabolic Functions in Liver of Normal and Adrenalectomized Rats on Controlled Feeding Schedules", J. Nutr. 95:207-227, 1968.

11. Van R. Potter, E. F. Baril, M. Watanabe and E. D. Whittle, "Systematic Oscillations in Metabolic Functions in Liver from Rats Adapted to Controlled Feeding Schedules", Fed. Proc. 27:1238-45,

12. C. Cohn, "Feeding Patterns and Some Aspects of Cholesterol Metabolism", Fed. Proc. 23:76-81, 1964.

13. C. Cohn and D. Joseph, "Feeding Frequency and Upogenesis in Undernutrition", Can J. Pbysiol. Pharmacol. 45:609-612, 1967.

14. L. W. Wattenberg and J.L. Leong, "Effects of Phenothiazones on Protective Systems Against Polycyclic Hydrocarbons", Cancer Research 25:365-370, 1965.

15. E. C. Miller and J. A. Miller, "Mechanisms of Chemical Carcinogenesis: Nature of Proximate Carcinogens and Interactions with Macromolecules", Pharmacol. Reviews 18:805-838, 1966. (Contains 223 references.)

16. V. R. Potter, "Society and Science", Science 146:1018-1022, 1964. (Chapter 4, this volume, pp. 55-68).

17. V. R. Potter, "Bridge to the Future: The Concept of Human Progress", Land Economics 38:1-8, 1962. (Chapter 3, this volume, pp. 42-54).

143

ВАН РАНСЕЛ1Р ПОТПЕР