Срок жизни безъядерных эритроцитов относи­тельно невелик (порядка одного-трех месяцев), меж­ду тем их число в организме достаточно постоянно. Предложите гипотезу, объясняющую, как организм поддерживает постоянное число эритроцитов, и опы­ты, которые позволили бы проверить эту гипотезу. (ЗБШ)

Ответ. Как уже говорилось в ответе к задаче 3.20, что­бы регулировать какую-либо величину, надо прежде всего уметь ее измерять, а кроме того, иметь «эффектор», то есть устройство, которое позволяет увеличивать или уменьшать регулируемую величину. В задаче про эритро­циты главная загадка — как измерять число эритроци­тов в организме. Трудно представить себе устрой­ство, которое прямо подсчитывало бы число эритроци­тов (их слишком много, и они находятся в самых раз­ных местах). Значит, в организме должно происходить изменение какой-то величины, которая пропорциональна числу эритроцитов.

Здесь может быть придумано достаточно много вари­антов, представляющихся разумными. Во-первых, такой величиной может быть количество кислорода, поступа­ющего к каким-либо органам или участку мозга. Во- вторых, это может быть какое-то вещество, выделяемое в кровь самими эритроцитами. В-третьих, организм мо­жет измерять не полное число эритроцитов, а пропор­циональное ему количество погибших эритроцитов. При гибели эритроцитов в кровь или еще куда-либо может поступать, например, гемоглобин.

«Эффектором» в данном случае служит костный мозг, где вырабатываются эритроциты. Наконец, рецепторы могут либо располагаться прямо на клетках костного мозга, либо находиться вне его, так что сигнал в костный мозг должен передаваться с помощью каких-то гормонов или нервным путем.

Ясно, что для проверки высказанных выше предполо­жений (а их немало) можно придумать еще большее чис­ло разнообразных опытов. Рассмотрим для примера гипо­тезу, что о количестве эритроцитов организм судит по количеству кислорода, поступающего в какие-либо ткани или органы. Здесь напрашивается такой опыт: поместить животное в среду с недостатком кислорода и посмот­реть, изменится ли у него количество эритроцитов. Такой опыт постоянно «ставится», когда люди поднимаются до­статочно высоко в горы и на достаточно большой срок. Оказалось, что при этом у них действительно увеличива­ется число эритроцитов. Это показывает, что содержание кислорода в крови регулирует продукцию эритроцитов. Конечно, это не означает, что нет каких-то других сиг­налов, которые «говорят» о количестве эритроцитов (сравните с ответом на задачу 3.28).

Что же измеряет содержание кислорода и как сигнал о содержании кислорода попадает в костный мозг? Здесь можно предложить массу гипотез и опытов для их про­верки. Скажем сразу, что в результате эксперименталь­ных исследований было показано, что сами клетки кост­ного мозга не имеют рецепторов кислорода и что сигнал в костный мозг поступает не по нервным волокнам. Правильной оказалась гипотеза, что какие-то органы при недостатке кислорода вырабатывают гормон, действую­щий на костный мозг. Этот гормон удалось выделить. Его назвали эритропоэтин. Было выяснено, что эритропо-

этин вырабатывается в основном почками. Если пере­резать нервы, идущие к почкам, то почки все равно вырабатывают эритропоэтин при недостатке кислорода. Если почки культивируют вне организма, то они тоже реагируют на недостаток кислорода усилением продукции эритропоэтин а. Это значит, что в ткани почек есть свои рецепторы кислорода.

Как же эритропоэтин действует на выработку эритро­цитов? Он может прямо действовать на костный мозг или влиять на другие органы, которые вырабатывают другие гормоны. Чтобы это выяснить, эритропоэтином действовали на костный мозг, культивируемый вне орга­низма. Оказалось, что эритропоэтин прямо действует на костный мозг.

Мы рассмотрели здесь лишь часть вопросов, которые возникают при изучении конкретной системы биологиче­ской регуляции, некоторые из возникающих здесь объяс­няющих гипотез и несколько экспериментов для провер­ки таких гипотез. Реальный ход исследований гораздо сложнее.

30. Предложите гипотезу, объясняющую регуля­цию дыхания у человека, удовлетворяющую следую­щим фактам:

а) при глубоком продолжительном дыхании мо­жет наступить остановка дыхания и потеря сознания;

б) когда человек долго и непрерывно дует, то бы­вает потемнение в глазах и даже потеря сознания;

в) первая помощь угоревшему, утонувшему, по­страдавшему от тока состоит во вдыхании ему в рот большого количества воздуха из легких здорового человека.

Какими экспериментами можно подтвердить Ва­шу гипотезу? (ШБО, 8 кл., 1973 г.)

31. Согласно мифу, Зевс, наказывая Прометея, приковал его к горе и посылал своего орла клевать его печень; до следующего посещения орла печень у Прометея снова отрастала. В настоящее время дока­зано, что если у млекопитающих удалить часть пече­ни, то она регенерирует, то есть через некоторое время достигает исходных размеров. Предложите гипотезу,

объясняющую, как организм регулирует размеры пе­чени (т. е. почему она не остается маленькой и не вырастает больше нормы), и эксперименты, с по­мощью которых эту гипотезу можно было бы прове­рить. (ШБО, 9 кл., 1984 г.)

32. Известно, что скорость образования почками вторичной мочи зависит от двух факторов: давления крови в капиллярных клубочках и интенсивности обратного всасывания в почечных канальцах, которое регулируется одним из гормонов гипофиза. При бо­левом раздражении количество образующейся вто­ричной мочи уменьшается. Каковы могут быть кон­кретные физиологические механизмы этого явления? С помощью каких опытов можно проверить, какие из них имеют место в действительности?

Перечислите способы, которыми можно опре­делить, жив ли находящийся в курином яйце цыпле­нок. На чем основаны эти способы? (ШБО, 8 кл., 1988 г.)

Если с некоторой частотой раздражать мотор­ный нерв и регистрировать сокращение скелетной мышцы, то через некоторое время наблюдается явле­ние утомления: несмотря на раздражение нерва, мышца перестает сокращаться. Предложите гипоте­зы, объясняющие это явление, и способы их экспери­ментальной проверки. (ШБО, 8 кл., 1988 г.)