Если человек произвольно напрягает мышцу ру­ки и в этот момент нанести удар по мышце в направ­лении, перпендикулярном ходу мышечных волокон, то мышца расслабится. Объясните, почему это проис­ходит. (ШБО, 10 кл., 1982 г.)

Ответ. Для ответа на этот вопрос надо ясно пред­ставлять себе, как возникает произвольное напряжение мышцы. Этот процесс включает следующие этапы: сигнал из центральной нервной системы поступает в спинной мозг, от моторного нейрона спинного мозга импульсы идут к мышце, вызывая ее сокращение. Сокра­щение мышцы поддерживается за счет непрерывного потока импульсов из спинного мозга и образования мостиков между актиновыми и миозиновыми нитями в сокращенной мышце.

Первая причина расслабления такова. У позвоночных животных (в отличие от беспозвоночных) нерв, под­ходящий к мышце, может только возбудить ее; следо­вательно, для расслабления мышцы нужно, чтобы по нерву перестали поступать импульсы. Для этого надо затормозить ту нервную клетку, аксон которой идет к мышце. Значит, удар по мышце возбуждает какие-то рецепторы, сигнал от которых, поступая в спинной мозг, тормозит моторные нейроны. Рецепторами, которые при ударе по мышце тормозят мотонейроны, являются сухо­жильные рецепторы. Вторая причина расслабления со­стоит в том, что удар по мышце приводит к разрыву мостиков между актиновыми и миозиновыми нитями.

9. При раздражении смешанного нерва одиноч­ным электрическим импульсом в одной точке мышца сокращается однократно, а при таком же раздраже­нии в другой точке мышца сокращается дважды. Чем это можно объяснить? (ШБО, 8 кл., 1976 г.)

Ответ. Простейший вариант ответа: при раздраже­нии одной точки смешанного нерва возбуждаются и мо­торные волокна, в результате чего возбуждение поступает к мышце первый раз, и чувствительные, по которым сигнал идет в спинной мозг, а оттуда по рефлекторной дуге вторично приходит к мышце. Этот ответ, однако, является недостаточным. Дело в том, что при искусствен­ном раздражении нерва электрическим током возбужде­ние по моторным волокнам идет не только к мышце, но и в обратном направлении — в спинной мозг, к мо­торным нейронам, которые на некоторое время после поступления не,рвных импульсов становятся невозбуди­мыми. Осознание этой проблемы — как избавиться от мешающего влияния встречных импульсов — необхо­димо для верного решения задачи.

Верное решение таково. Если смешанный нерв раздра­жается вблизи спинного мозга, то моторный нейрон возбуждается импульсами от моторного нерва (которые приходят в «неправильном» направлении) и становится невозбудимым; тут же приходят импульсы по чувстви­тельным волокнам, но они не могут возбудить моторный нейрон. Мышца отвечает одним сокращением. Если же раздражать смешанный нерв близко к мышце, то возни­

кают два сокращения мышцы. Первое — прямо под дей­ствием моторных волокон. Второе — потому, что в чувст­вительной части нерва имеются волокна, проводящие возбуждение довольно медленно. Пока возбуждение доходит по ним до спинного мозга по длинному пути от мышцы, у моторного нейрона успевает кончиться пери­од невозбудимости, он возбуждается под действием чувствительных волокон и вызывает второе сокращение мышцы.

Осталось разобрать последнюю тонкость. А почему сигнал, пришедший в спинной мозг по моторным волок­нам в моторные нейроны, не переходит из них на чув­ствительные медленные волокна и не идет навстречу их импульсам (а встречные импульсы в нервном волокне гасят друг друга)? Дело в том, что между оконча­ниями чувствительных волокон и моторными нейронами имеется особое «выпрямляющее» устройство — синапс, который пропускает импульсы только в одну сторону.

10. Какими преимуществами обладает животное, имеющее два типа колбочек, по сравнению с живот­ным, у которого все зрительные рецепторы одинако­вы? Ответ подробно поясните

Космонавтам, попавшим в условия невесомо­сти, первое время (особенно при закрытых глазах) кажется, что они перевернулись вниз головой. Объяс­ните это явление. (ШБО, 9 кл., 1978 г.)

Ответ. В условиях поля тяжести человек воспри­нимает свою ориентацию как «правильную» в результате работы целого ряда механорецепторов: отолитового аппа­рата, механорецепторов суставов и внутренних органов, которые воспринимают давление вышележащих тканей, механорецепторов кровеносных сосудов, которые растя­гиваются под действием веса крови. Показания всех этих рецепторов интегрируются в центральной нервной системе и дополнительно контролируются зрением. Если человек на Земле переворачивается вниз головой, отолиты отклоняются от обычного положения, давление на суставы исчезает, кровь перестает растягивать вены ног. Но ведь и в невесомости сила тяжести не дейст­вует на отолиты, исчезает давление на механорецепто­

ры суставов, невесомая кровь перестает растягивать сосу­ды ног, они за счет упругости сжимаются, и Дольше крови приливает к голове (это же происходит и на Земле при повороте вниз головой). В результате у космонав­та может возникнуть впечатление, что он перевернул­ся вниз головой, особенно при закрытых глазах, когда нельзя ориентироваться относительно приборов кабины.

12. У позвоночных животных относительный раз­мер сердца тем больше, чем более активен их образ жизни. Почему у насекомых размер «сердца» (спин­ного сосуда) не связан с активностью?

Если бы к Вам пришла лягушка за советом, стоит ли ей менять свое трехкамерное сердце на четырехкамерное или двухкамерное (убрав перего­родку между предсердиями), что бы Вы ей посове­товали? (ЗБШ)

Ответ. Лягушке надо посоветовать сохранить ее трехкамерное сердце. Двухкамерное сердце было бы не­выгодно для лягушки по следующим причинам. При трех­камерном сердце кровь, несущая кислород от легких, попадает в левое предсердие. Венозная кровь от мышц, внутренних органов и т. д. поступает в правое пред­сердие (туда же поступает кровь от кожи). При одно­временном сокращении предсердий кровь поступает в единственный желудочек лягушки, но мало смешивает­ся в нем, так как желудочек содержит ряд перегородок и напоминает по своей структуре губку. В результате в правой половине желудочка оказывается смешанная кровь, довольно бедная кислородом, а в левой — бога­тая кислородом.

Аналог аорты (артериальный конус) отходит от пра­вой части желудочка. В конусе находится особый так называемый спиральный клапан. От начальной части конуса отходят сосуды, несущие кровь к легким и коже; потом отходят сосуды, идущие к телу и к конечностям; еще дальше отходят сосуды, несущие кровь к головному мозгу и органам чувств, расположенным на голове.

Когда желудочек начинает сокращаться, давление в нем еще невелико, спиральный клапан открывает только

отверстие сосуда, идущего к легким и коже, и туда начи­нает поступать кровь из правой половины желудочка, бед­ная кислородом. По мере сокращения желудочка давле­ние в нем нарастает, и спиральный клапан открывает отверстие следующего сосуда; к телу и внутренним орга­нам поступает кровь, более богатая кислородом. Наконец, когда давление еще повысится, откроются входы в сон­ные артерии, несущие кровь к голове. Туда будет посту­пать кровь, наиболее богатая кислородом, из левой части желудочка, максимально удаленной от артериального ко­нуса. Эта кровь лишь в незначительной степени попадает в другие сосуды, которые еще раньше были наполнены предыдущими порциями крови.

Таким образом, несмотря на наличие всего одного желудочка, у лягушки существует система целесообраз­ного распределения крови, в разной степени обогащен­ной кислородом, между легкими, внутренними органами и мозгом. Если убрать перегородку между предсердиями и сделать сердце двухкамерным, то кровь, приходящая из легких, и венозная кровь будут смешиваться в этом общем предсердии, что заметно ухудшит функционирова­ние кровеносной системы. В легкие будет попадать такая же смешанная кровь, как и в мозг. Эффективность легких снизится, лягушка в среднем будет получать меньше кислорода, и уровень ее активности тоже должен снизиться. Особенно пострадает головной мозг, который начнет получать кровь, гораздо более бедную кислородом.

Рассмотрим теперь вопрос о четырехкамерном сердце. Легко сообразить, что у животных с четырехкамерным сердцем вся кровь, приходящая от тела, должна пройти через легкие, откуда она возвращается во второе предсердие. Если у млекопитающего или птицы перекрыть легочные сосуды, то все движение крови оста­новится. Лягушки значительную часть жизни проводят в воде, в частности там они зимуют. Находясь под водой, лягушка с трехкамерным сердцем может уменьшить просвет легочных сосудов и тем снизить поток крови через бездействующие легкие; при этом кровь, выбрасы­ваемая из желудочка в кожно-легочную артерию, посту­пает в основном в кожу и возвращается в правое пред­сердие.

Если бы сердце лягушки было четырехкамерным и у

нее полностью обособился бы легочный круг кровообра­щения, то это было бы невыгодно. Лягушке пришлось бы всю зиму перекачивать всю кровь через бездействую­щие легкие, затрачивая на это заметное количество энергии, пополнить которую зимой невозможно, а следо­вательно, надо было бы накапливать перед зимовкой до­полнительные запасы. Таким образом, трехкамерное сердце действительно наиболее подходящее для лягушки при ее земноводном образе жизни и важной роли кожно­го дыхания.

14. При больших потерях крови человек сильно бледнеет, учащенно дышит, ему хочется пить. Какими реакциями организма обусловлены эти симптомы? Являются ли эти реакции защитными? Почему? Ка­кие еще реакции возникают при кровопотере? (ШБО, 8 кл., 1979 г.)

Ответ. Большие кровопотери ведут к уменьшению чис­ла эритроцитов, ухудшению снабжения организма кисло­родом, потере жидкости. Это вызывает ряд защитных ре­акций организма. Так, повышение концентрации СОг вы­зывает учащение дыхания. Снижение кровяного давле­ния приводит к учащению сердцебиения, сокращению просветов сосудов кожи (бледность) и мышц, выбросу крови из депо. Общая вялость, сонливость также носят защитный характер, так как ведут к снижению энерго­затрат. Ухудшение кровоснабжения мозга может при­вести к обмороку. При большой кровопотере начинается интенсивный гемопоэз (образование эритроцитов, лейко­цитов и других элементов крови). Реакции сердечно­сосудистой системы запускаются хеморецепторами и ре­цепторами давления.

Более сложен вопрос о возникновении жажды. По- видимому, отчасти возникновение жажды связано с тем, что при обезвоживании повышается осмотическое давле­ние крови, что вызывает реакцию осморецепторов, рас­положенных в гипоталамусе. Кроме того, снижение кровоснабжения почек ведет к выделению ими веще­ства ангионина, которое, действуя на хеморецепторы гипоталамуса, тоже вызывает усиленное потребление воды.

15. Человек приступил к тяжелой физической ра­боте и работает интенсивно. Какие регуляторные сдвиги (с учетом местной, гуморальной и нервной регуляции) происходят при этом в системе крово­обращения?

Каков биологический смысл дрожи, кашля и чи­хания? (ШБО, 7 кл., 1972 г.)

Нарисуйте схему, показывающую, как поддер­живается нормальная температура у человека. Схему поясните. (ШБО, 10 кл., 1981 г.)

Какие структуры (клетки, ткани или органы) позволяют животным поддерживать постоянную тем­пературу тела? (ШБО, 8 кл., 1984 г.)