В настоящее время показано, что биоэлектрические сигналы выполняют основную роль при эмбриональном развитии и регенерации тканей. Данные сигналы генерирующиеся благодаря ионным каналам, которые находятся в клеточной мембране. Это было продемонстрировано на примере заживления раны роговицы (на модели). Тогда определили, что динамика мембранного потенциала, что в свою очередь создает в ткани некоторые слабые электрические поля, регулирует миграцию клеток, их необходимую поляризацию и количество делений одной клетки - то есть восстановление поврежденной ткани.
Но не долго заставила ждать себя идея о том, что данном эксперименте является следствием, а что причиной: то ли электрические поля регулировали деление, то ли из-за деления возникали различные биоэлектрические сигналы. Поэтому данный факт требовал определенного доказательства.
За работу взялась группа исследователей из Университета Тафтса в Медфорде (Tufts University, Medford, Массачусетс, США). Они и доказали влияние динамики мембранного потенциала на способность стволовшх клеток костного мозга человека к делению. В начале всего было изучена зависимость мембранного потенциала клеток от той или иной стадии их пролиферации. Деление клеток было индуцировано химическими веществами: дексаметазоном и индометацином. После индукции, проводилась регистрация мембранного потенциала на протяжении четырех недель, что показало его снижение, т.е рост гиперполяризации.
После этого, исследователи установили, как влияет искусственное уменьшение гиперполяризации мембраны (увеличение мембранного потенциала) клетки на её деление. Деполяризация мембраны была вызвана благодаря повышению концентрации ионов калия в среде, где находились исследуемые клетки. Результат проводимого опыта оценивали по появлению определенных маркеров - специальных генов, которые возникают лишь при дифференцировке клеток. В итоге выяснилось, что деполяризация (уменьшение гиперполяризации) клеточной мембраны угнетает деление клеток.
Последним, что необходимо было сделать для доказательства теории влияния биоэлектрических сигналов на деление клеток, это провести эксперимент, обратный предыдущему. Т.е, нужно было еще больше гиперполяризовать клеточную мембрану. Для чего на клетки воздействовали специальными веществами: пинацидилом и диазоксидом.
Итог был установлен спустя семь суток. Благодаря оценке генов-маркеров, с уверенностью показано, что интенсивность деления клеток возросла в 2-4 раза! Причем это напрямую зависело от концентрации поляризующих веществ.
Таким образом учёные из Университета Тафтса в Медфорде смогли доказать, что именно гиперполяризация предшествует дифференцировке клеток, но никак не наоборот.
В настоящее время изучается конкретный механизм влияния мембранного потенциала на дифференцировку клеток, т.е каким образом разность потенциалов вызывает пролиферацию. Кроме этого, исследователи уверены в том, что в регистрация мембранного потенциала позволит стимулировать дифференцитовку различных типов стволовых клеток в необходимом направлении.
(Источник: Science.YoRead.ru)
В
каждой нашей клетке зашита абсолютно вся информация о целом организме. На этом фундаментальном принципе основано и клонирование, и генная инженерия, и много других полезных высоких биотехнологий. И этот же принцип можно использовать, чтобы заставить организм отращивать новые органы. Майкл Левин, профессор Тафтского университета в Бостоне, уверен, что нет ничего невозможного в том, чтобы в нужный момент стимулировать регенерацию поврежденной или утраченной части тела. Вместе с коллегами они уже более 20 лет экспериментируют над сигналами, которые управляют регенерацией у животных, и в прошлом году начали работы с мышами, то есть с млекопитающими – нашими ближайшими родственниками.
Майкл Левин Фото: © Tufts University, tufts.edu
Внутри тела человека непрерывно идут миллионы переговоров на всех уровнях: органы, ткани, клетки и компоненты внутри клеток обмениваются информацией друг с другом. Размышление и переваривание еды, смерть старых и появление новых клеток – все без исключения процессы происходят в результате передачи сигналов, будь то нервный импульс, выброс гормона и другой сигнальной молекулы. Чтобы запустить регенерацию ноги или глаза, необходимо понять «языки» обмена информацией между клетками и научиться говорить на них, запуская нужный процесс. Из всех языков, на которых переговариваются клетки, Левин выбрал самый экзотический – язык электрохимических импульсов.
Slon поговорил с ученым о его работе и о том, когда его находки имеют шанс войти в клиническую практику.
– Когда вам впервые пришла в голову идея, что в человеческом организме можно запустить процесс регенерации?
– Я точно не был первым, кто это придумал. Регенерация встречается у многих видов. Обезглавленный плоский червь отращивает новую голову с полноценным мозгом. Головастик способен восстанавливать свой хвост. Даже некоторые млекопитающие это могут – например, олени сбрасывают рога и отращивают новые нервы, кости и шкуру на их месте.
– Почему у человека именно печень способна к регенерации, а другие ткани нет?
– Этого никто не знает. Кстати, это не совсем так: у людей примерно до 11 лет сохраняется способность восстанавливать кончики пальцев – кожа, мышцы с нервами, кость и даже ногти вырастают обычной формы. У нас постоянно регенерирует эпителий, выстилающий поверхность кишечника. Но никто не знает ответа на вопрос, почему печень восстанавливается, а другие органы нет.
– Выращивание новых конечностей кажется совсем уж фантастикой. Почему вы уверены, что это в принципе возможно?
– Я на эти вещи смотрю как инженер: в природе разрешено все, что не запрещено каким-то конкретным законом физики. Если саламандры могут отращивать заново сложные органы вроде конечностей или глаз и если человек во время эмбрионального развития формирует целые органы из зачатков, значит, человеческое тело должно быть способно к регенерации, нужно только ему помочь специальным образом.
Майкл Левин. Фото: © Tufts University
– Да, но саламандра – это ведь довольно примитивное животное по сравнению с нами?
– Вот это частая ошибка, полагать, что более примитивные организмы регенерируют благодаря своей примитивности. Если посмотреть на древе эволюции на виды, которые способны и не способны к регенерации, то мы не увидим никакой четкой закономерности, есть примитивные организмы, которые не могут, а есть высокоорганизованные, которые могут восстанавливать органы. То, что мы теплокровные, а саламандры – хладнокровные, не так важно. Саламандры могут отращивать поразительно сложные структуры – конечности, даже глаза. Если они могут это делать, значит, это возможно и у нас, разница между человеком и амфибиями меньше, чем кажется. Ключевой момент в том, чтобы понять, как работает система и как можно заставить клетки воспроизводить ее. Все остальное – дело техники, сложное, но преодолимое.
– На чем основан ваш подход?
– На идее, что биоэлектрические сигналы контролируют активность отдельных клеток – их миграцию, деление, их форму и созревание. Поэтому именно биоэлектрические сигналы играют решающую роль в развитии эмбрионов, заживлении ран, в образовании раковых опухолей и многих других процессах.
– Это не очень понятно. Со школы мы знаем, что электричество передает импульсы по нервам, заставляет сокращаться сердце и, например, мышцы. Но какую роль биоэлектричество играет в других тканях?
– Огромную! Они несут в себе информацию о положении, размере, форме и ориентации органа. Они позволяют клеткам работать вместе и создавать структуры нужного размера. Возможно, это наша гипотеза, они несут память о правильной форме подобно тому, как электрические сигналы в мозге лежат в основе человеческой памяти.
С их помощью мы перепрограммируем клетки кишечника в клетки глаза, запускаем регенерацию конечностей и все прочее.
– Считается, что все в организме определяется генами и белками. При чем тут электрические сигналы?
– На самом деле не все, физика тоже имеет значение. Не может быть гена невесомости, потому что гравитация – это физическая сила, и клетки тела обязаны ей подчиняться. Генам и белкам приходится иметь дело с физическими носителями информации. В мозге память не кодируется генами, она кодируется электрическими зарядами, которые обусловлены вашим опытом. В общем, информация содержится далеко не только в белках и генах, но и в физических, и особенно электрических свойствах клеток.
– А как одно связано с другим?
– Электрические потенциалы в клетках образуются и передаются благодаря белкам, встроенным в оболочку клетки и создающим в ней каналы для перекачивания заряженных частиц. И наоборот, электрические сигналы могут включать и выключать определенные гены. Это такая динамическая система, в которой постоянно происходит обратная связь и взаимное влияние между генетикой, биохимией и физикой.
Простой пример – это хвост головастика. В нем есть и спинной мозг, и мышцы, такая сложная структура, но если хвост отрезать, он полностью восстанавливается. Стоит отрезать головастику хвост, как в течение шести часов в клетках животного активируется синтез специального белка, который потом встраивается в оболочку клетки и переносит заряженные частицы, так что клетка становится более электрически заряженной. Так генетика меняет электрический сигнал. В свою очередь, то, что клетка теперь наэлектризована, стимулирует, во-первых, размножение окружающих клеток, а во-вторых, включает набор генов, благодаря которым регенерируют мышцы, нервы и кожа хвоста.
– Какую информацию мы можем извлечь из электрических сигналов?
– Два момента. Визуализация электрических сигналов в живых тканях и ее осмысление позволят, во-первых, обнаружить точку, где начались изменения. Так можно обнаруживать раковые опухоли еще до того, как их можно заметить на снимках. Такие работы мы уже проделали на лягушках. В более широком смысле: можно прочесть общую информацию о структурах, которые появятся позже, такая анатомическая предформация. Что еще важнее, помимо чтения этих сигналов, мы должны научиться «говорить» на этом языке, чтобы установить обратную связь, посылать сигналы нашим клеткам, чтобы сделать такую формацию, например, орган, который нам нужен. Мы работаем над инструментом, генетическими и оптогенетическими техниками, меняющими биоэлектрические состояния клеток в живом организме. С их помощью мы перепрограммируем клетки кишечника в клетки глаза, запускаем регенерацию конечностей и все прочее.
Майкл Левин Фото: © Tufts University
– И каких успехов вы достигли в этом направлении?
– Например, мы показали, что у планарий, плоских червей, есть специальный электрический контур, благодаря которому всегда восстанавливается отрезанная часть тела – либо голова, либо хвост. Манипулируя с этим электрическим контуром, мы смогли изменить регенерацию и заставить планарию отращивать хвост вместо головы и голову вместо хвоста.
– Как вы это сделали?
– Мы подобрали специальные фармацевтические препараты, которые влияют на белки-каналы, те самые, что встроены в оболочку клеток и перекачивают определенные заряженные частицы с одной стороны на другую, меняя поляризацию клеток. Погружая планарию в раствор этого препарата, мы меняли результат регенерации. Это и есть мечта медиков – подобрать раствор лекарств, погрузить в него травмированную конечность, чтобы на ее месте выросла новая. Таким же методом мы показали на лягушках, что можно взять клетки, например, кишечника и вырастить на их месте глаз. Словом, у нас есть два подхода; один – это манипуляции с генами посредством изменения биоэлектрических свойств клетки, а другой – манипуляции с препаратами, которые меняют те же биоэлектрические свойства.
– Что-то посложнее плоских червей и головастиков?
– Еще один успех - это регенерация лапы у лягушки. Если совсем просто, мы взяли взрослую лягушку, уже неспособную к регенерации, ампутировали ей лапу, затем с помощью коктейля из препаратов успешно стимулировали рост новой ноги на месте отрезанной. На полное восстановление уходит четыре-пять месяцев – столько же, сколько нужно головастику, чтобы отрастить полноценные лапы.
– Вы уже делали попытки регенерации у млекопитающих?
– Мы уже проделали успешные эксперименты с человеческими стволовыми клетками в пробирке. Также у нас были некоторые работы с мозгом мыши, и сейчас мы начали эксперименты по регенерации конечностей у крыс, используя собственные наработки на лягушках. Хотя пока это только попытка, и у нас нет результатов, о которых я мог бы рассказать.
Когда мы в совершенстве овладеем этим языком, мы сможем полностью контролировать форму и делать хоть лягушек треугольной формы с пропеллером на голове.
– А что там с мозгом мыши?
– Это была работа совместно с немецкими коллегами, в которой мы обнаружили, что при эмбриональном развитии мозга определенные электрохимические потенциалы управляют развитием определенных частей мозга.
– Возможно ли, по-вашему, будет когда-нибудь воспроизвести мозг человека?
– Безусловно. Если это возможно при внутриутробном развитии, то это может быть сделано еще раз. Вопрос только в том, что с памятью, которая была в нем.
– В прошлом году много внимания во всем мире привлек эксперимент, когда с помощью каркаса из соединительной ткани и стволовых клеток удалось вырастить жизнеспособную почку. Насколько этот метод перспективен?
– Это определенно многообещающий метод для более простых органов, у которых повторяющаяся структура, – например, для почек, сердца, мочевого пузыря или легких. Более сложные органы: глаза, лицо, конечности или мозг – если и можно будет когда-нибудь таким образом вырастить, то очень не скоро. Для таких сложных органов нам необходимо полностью контролировать всю систему биологического развития, а не вручную управлять микропроцессами в нем.
– Обычно выращивание новых органов мы связываем со стволовыми клетками, в этой области ведется много исследований. Вы разрабатываете принципиально другой подход. Насколько они совместимы?
– Моя работа отличается, она не противоречит, но дополняет общепринятый подход. Тут два момента. Мы одни из немногих, кто прицельно занимается электрическими сигналами параллельно с химией и генетикой клеток. Мы считаем, что электрические импульсы – это очень важные механизмы, вмешиваясь в которые можно влиять на клетки. Большинство лабораторий не учитывают электрические взаимодействия клеток и работают исключительно с биохимией и генетикой.
– Можно ли сказать, что вы уже научились понимать язык электрохимических импульсов, с помощью которого организм управляет делением клеток и развитием органов?
– Это было бы слишком преждевременно. Мы называем этот язык биоэлектрическим кодом, и, я бы сказал, мы знаем только первые несколько букв в этом языке. Мы знаем достаточно, чтобы сделать глаза, конечности, мозг у некоторых животных, но и только. Когда мы в совершенстве овладеем этим языком, мы сможем полностью контролировать форму и делать хоть лягушек треугольной формы с пропеллером на голове. Но сейчас мы в самом начале этого пути.
Майкл Левин Фото: © Tufts University
– Сколько человек у вас работает?
– Около 22 человек занимаются всеми направлениями.
– Как выглядит ваш день? Это правда, что вы встаете в четыре часа утра?
– Да, это так. Я просыпаюсь в 4–4:30, занимаюсь спортом, потом работаю дома или, наоборот, сначала что-то пишу, читаю и думаю, потом тренируюсь. Около семи часов я иду в лабораторию, где обычно работаю до шести вечера. Дважды в неделю ухожу пораньше, чтобы успеть на занятие по карате. Вечером прихожу домой, провожу время с детьми и женой. Перед сном работаю еще немного. По выходным все то же самое, только я не хожу в лабораторию и в основном тусуюсь с детьми, работаю, только когда они спят.
– Сколько же вы спите?
– Обычно часов пять.
– Говорят, недосыпание укорачивает жизнь. Вас это не останавливает?
– Ну, жить вообще вредно. Много что сокращает наши дни, что уж тут поделаешь. Мне кажется, увлекательная интеллектуальная работа продлевает жизнь, так что в итоге она компенсирует недосыпание.
Карен ШАИНЯН
Выполнил: студент
301гр. Хохлов Н.А.
Проверил: профессор
Зауралов О.А.
Саранск 1999
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГHАЛЫ У ВЫСШИХ РАСТЕHИЙ
В.А. Опритов
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Введение
Чем отличаются растения от животных? На этот вопрос биолог даст развернутый ответ, приведя ряд особенностей, свойственных только растениям.
Это фотосинтез, кутикулярная и устьичная транспирация (испарение воды), передвижение веществ на далекие расстояния по специализированным проводящим тканям и т.д. Неискущенный наблюдатель отметит, пожалуй, лишь одну наиболее яpкую особенность- животные обладают чувствительностью и активно pеагиpуют на внешние воздействия. Растения, как правило, ведут неподвижный или малоподвижный образ жизни и внешне не проявляют быстрых реакций на действие раздражителей. В настоящей статье мы хотим показать, что это не так. Растениям, по видимому, свойственна элементарная чувствительность, в осуществлении которой важную роль играет электрический тип сигнализации. По общим признакам он очень напоминает электрические процессы в нерве во время распространения нервного импульса.КОГДА ВОЗНИКАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ У РАСТЕНИЙ?
Возьмём какое-либо высшее pастение (напpимеp, тыкву), поднесём к кончику листа зажжённую спичку и слегка подпалим его. Мыуже заранее можем сказать, что растение внешне никак не прореагирует на такое воздействие.
Однако если предварительно мы подведём к стеблю растения два электрода и соединим их с усилителем и самописцем, то, к своему удивлению, увидим, что спустя короткоевремя после нанесения раздражения прибор зарегистрирует электрический импульс, который распространяется от листа к корням и является сигналом о внешнем воздействии. Аналогичный электрический импульс, но распространяющийся от корней к листьям, можно наблюдать, если, например, подействовать на корни 0.1 н KCl. возникает он и при действии раздражителя на другие органы растения (стебли, усики, и т.д.). Набор раздражителей, вызывающих появление электрическогосигнала, весьма разнообразен. Это может быть изменение температуры, механическое воздействие, облучение участка растения светом различного спектрального состава, и т.д. При этом было бы неверно думать, что растения обладают меньшей способнностью реагировать на внешний стимул, чем животные. Наоборот, в ряде случаев клетки растений способны отвечать генерацией электрических сигналов на такие воздействия, которые кажутся чрезвычайно слабыми. Например, отрезок волоса весом всего
0.000822 мг при соприкосновении с щупальцем росянки вызывает ответную биоэлектрическую реакцию и заметное движение щупальца. В наших опытах понижение температуры от 23°С всего на 1-2°С вызвало генерацию распространяющихся электрических сигналов в стебле тыквы [4]. Таким образом, в естественной обстановке возникновение электрических сигналов у растений должно быть связано с действием не только сильных, повреждающих факторов, но и весьма слабых изменений в окружающей среде, которые постоянно наблюдаются в естественных условиях.ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ У РАСТЕНИЙ
Удалось выявить по крайней мере три типа электрических сигналов, возникающих у растений в ответ на внешние воздействия.Первый тип - это потенциалы действия (ПД). Такое название этот тип электрических сигналов у растений получил благодаря тому, чтопо ряду признаков и механизму возникновения он соответствует ПД, возникающим в нервах животных. Пучек тыквы и аксона кальмара. Внешне они очень сходны и состоят из двух ветвей: восходящей (или фазы деполяризации,во время которой происходит уменьшение потенциала возбудимой мембраны) и нисходящей (или фазы реполяризации, в ходе которой мембранный потенциал восстанавливается до исходного уровня).
Амплитуда обоих ПД составляет несколько десятков милливольт. Их внешнее отличие состоит в том, что в нервном волокне процессы деполяризации - реполяризации происходят значительно быстрее, что связано с особенностями строения возбудимых мембран. По этому общаядлительность ПД в аксоне кальмара составляет всего несколько миллисекунд, в то время как длительность ПД в стебле тыквы достигает несколько секунд и даже десятков секунд.Второй тип электрических сигналов у высших растений - это так называемые вариабельные потенциалы (ВП), которые возникают при действии весьма сильных раздражителей (ожог, механическое повреждение ткани). Они лишь частично напоминают ПД. Как и у ПД у них чётко наблюдается фаза деполяризации. Однако фаза реполяризации очень растянута.
ВП имеет природу, несколько отличную от природы ПД. Наконец, с помощью специальной чувствительной техники у высших растений были зарегистрированы микроритмы, которые имеют очень небольшую амплитуду
(обычно несколько микровольт) и носят весьма нерегулярный характер.Природа микроритмов пока остаётся неясной. Из всех типов электрических сигналов у растений особое внимание уделяется ПД, поскольку его генерация и распространение представляют собой один из универсальных способов передачи информации о внешнем воздействии в живой природе.ПУТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПД В РАСТЕНИИ
Возникнув в той или иной части растения, ПД распространяется по нему обычно со скоростью нескольких сантиметров в 1 с (или в 1 мин.) и таким образом передают известие о внешнем раздражении. Как известно, у животных проводниками ПД являются нервные волокна. Их возникновение в ходе эволюции было большим шагом вперёд в развитии этих организмов. Есть ли что-то аналогичное нервам у высших растений? В поисках ответа на этот вопрос естественно обратить внимание на проводящие пучки (“жилки”), которые пронизывают все ткани и органы растения. Давно известно, что проводящие пучки служат для транспортировки по растению воды и питательных веществ. Но, может быть, они “по совместительству” могут служить каналом и для распространения ПД? Решение этого вопроса имеет принципиальное значение. Очень образно на этот счёт высказался К.Ф. Тимирязев, который отметил, что “если у растений подтвердится (предпологаемое некоторыми учёными) существование известных путей, по которым раздражение сообщается быстрее, чем по другим, то в них придётся признать нечто по крайней мере физиологически соответствующее нервам”. Д. Бос одним из первых экспериментально доказал причастность проводящих пучков высших растений к распространению ПД.Для этого он использовал разработанный им метод электродного зондирования. Суть метода состояла в том, что с помощью микровинтов в ткани растения погружали металлический микроэлектрод, который был соединён с измерительной установкой. Таким образом можно было отводить электрические сигналы от разных зон стебля или черешка. На основании этих опытов Д.Бос пришёл к выводу, что только в проводящих пучках происходит распространение ПД. При этом важно, что электрические импульсы распространяются не по крупным сосудам, а по мелким пучковым клеткам (мелким клеткам флоэмы и протоксилемы). Это свидетельствует о том, что каналы передвижения веществ и распространения электрических импульсов в проводящих пучках пространственно разделены. Следовательно, у растений, хотя и отсутствуют специальные образования (наподобие нервов), приспособленные только для проведения ПД, в проводящих пучках имеются особые ткани, выполняющие эту функцию.С помощью современных экспериментальных приёмов этот вопрос детально исследовали в нашей лаборатории. Применяя зондирование стебля тыквы микроэлектродом, мы установили, что в месте раздражения ПД возникают примерно одинаковой амплитуды не только в указанных выше мелких клетках пучка, но и в клетках окружающей его основной паренхимы. Однако на расстоянии от этого места
ПД регистрируются только в проводящих пучках. Таким образом, ПД генирируют как пучковые, так и внепучковые клетки, но проводить его могут только первые. Как было нами показано [4], причина этих различий лежит в особенностях межклеточных связей. У мелких пучковых клеток такие связи
(в частности, с помощью специальных пор-плазмодесм) выражены гораздо лучше, что и обеспечивает их лучшую способность проводить ПД.МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПД У РАСТЕНИЙ
Когда стало ясно, что ПД у высших растений - это весьма универсальное и широко распространённое явление, возник вопрос о том, что же они собой представляют. Конечно, они очень напоминают ПД нервов. Но, может, это сходство чисто внешнее? Ведь очень уж отличаются по образу жизни животные и растения. В нашей лаборатории мы специально исследовали этот вопрос.
Поскольку генерация ПД у животных связанно с передвижением через возбудимую мембрану ионов натрия и калия, то поведение ионов при генерации ПД у растений нас очень интересовало. Применяя различные методы исследования, в том числе и метод меченых атомов, мы показали, что, когда в растении генерируется ПД, так же как и в нерве, возникают ионные потоки (рис.3а).
Вначале под воздействием внешних раздражителей увеличивается проводимость мембраны для ионов кальция в результате открывания кальциевых каналов.
Ионы кальция входят внутрь проводящих ПД клеток, поскольку их больше во внешней среде. Войдя внутрь возбудимых клеток, они активируют хлорные каналы, которые открываются. Это приводит к возникновению направленного наружу потока ионов хлора, так как их концентрация выше внутри клеток.
Поток отрицательно заряженных ионов хлора наружу приводит к деполяризации мембраны, поскольку её внешняя сторона заряжена положительно, а внутренняя
- отрицательно. Возникает восходящая ветвь ПД. Деполяризация мембраны способствует открыванию калиевых каналов и возникновению направленного наружу потока ионов калия, которых, так же как и ионов хлора, больше внутри клетки, чем в наружной среде. Не трудно понять, что этот поток будет оказывать на мембранный потенциал реполяризующее действие, то есть приводить к восстановлению его исходного значения.Нарисованная картина очень напоминает то, что происходит при генерации ПД в нерве, только вместо ионов натрия в качестве деполяризующего иона у высших растений выступают ионы хлора. Это представляется чрезвычайно важным заключением, поскольку свидетельствует об общности механизмов генерации
ПД в живой природе.Что касается механизма распространения ПД у растений, то он так же подобен таковому у животных. Деполяризация участка ткани в месте генерации ПД приводит к возникновению круговых местных токов, протекающих между деполяризованным возбуждённым участком ткани и соседними участками, где мембранный потенциал клеток сохраняет нормальный уровень. Эти токи деполяризуют соседние с возбуждённым участком области, что приводит к возникновению в них ПД и таким образом к его распространению от исходного места. Ярким подтверждением такого механизма являются опыты с изменением электропроводности окружающей среды. Если вокруг участка проводящего пучка растения поместить раствор вазелинового масла (непроводящая среда, препятствующая возникновению круговых токов), то, дойдя до этого места, ПД дальше не распространяется.РОЛЬ ПД У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ
Мы подошли к одному из самых важных вопросов проблемы потенциалов действия у растений. Для чего нужна генерация ПД растениям? Может быть, она представляет собой свойство, которое когда-то было позаимствовано ими от предков, но в дальнейшем получило развитие только у одной весьма специфической группы насекомоядных растений, а у остальных растений никакой функциональной нагрузки не выполняет? Очевидно, что ответ на этот вопрос имеет большое принципиальное значение не только для понимания жизнедеятельности растений, но и в общебиологическом аспекте.
Полученные в настоящее время результаты позволяют утверждать, что у высших растений распространяющиеся ПД выполняют вполне определенную функциональную роль. Они служат наиболее быстрым сигналом об изменениях в среде их обитания. Однако при этом надо иметь в виду что у растений нет центральной нервной системы - этой «диспетчерской», откуда управляющие сигналы после поступления туда информации о внешнем раздражителе направляются к различным органам. У растений ПД сам несет в себе возможность непосредственно влиять на функции органов и тканей, по которым он распространяется. Это связано прежде всего с тем, что при прохождении ПД по данному участку ткани или в месте, до которого он дошел, сильно меняется ионный состав, в особенности содержание ионов калия и хлора, которые, как мы видели, выходят из возбудимых клеток при генерации импульса. В результате их концентрации в окружающих проводящий пучок тканях могут увеличиться. Меняется соотношение и других ионов, хотя и в меньшей степени.
В то же время известно, что уровень обменных процессов в ткани сильно зависит от ионного состава. Поэтому ПД в состоянии оказывать влияние на органы или ткани, по которым они распространяются или которых они достигают. При этом следует иметь в виду, что возникновение ПД в ответ на действие внешнего раздражителя неспеци- фично, то есть самые разные воздействия вызывают, как правило, однотипную электрическую реакцию. Кроме того, у растений обычно в ответ на действие раздражителя генерируются одиночные импульсы (в отличие от животных, у которых возникают ритмически повторяющиеся ПД). Исходя из этого можно заключить, что у высших растений распространяющиеся ПД не имеют специфической информационной нагрузки, а являются скорее сигналом о каком- то внешнем воздействии. Сам по себе ПД как сигнал неспецифичен, но в тканях и органах наряду с общими неспецифическими явлениями он вызывает изменение некоторых специфических процессов, свойственных данному органу (например, в листьях изменение фотосинтеза, в корнях усиление поглощения веществ и т.д.).
Сигнальная роль ПД проявляется прежде всего в ряде естественных процессов. Например, при попадании пыльцы на рыльце пестика в нем возникают многочисленные электрические импульсы, распространяющиеся по направлению к завязи. Это запускает цикл процессов, подготавливающих завязь к восприятию пыльцы и оплодотворению. ПД возникают и в усиках вьющихся растений при соприкосновении с механической опорой и, по-видимому, способствуют их лучшей ориентации в пространстве. При умеренных изменениях в состоянии окружающей среды также могут возникать ПД, причем они иногда генерируются в ответ на очень слабые воздействия (например, перепад температур всего 1 -
2°С). Генерация ПД растением в этом случае, казалось бы, лишена какого-либо смысла. Зачем применять экстренный тип сигнализации с помощью электрических сигналов на довольно слабые и не оказывающие существенного влияния внешние воздействия? Однако оказалось, что это не так. Для растения и в этом случае генерация электрических импульсов имеет определенный смысл, состоящий, как нам удалось показать, в своеобразном «предупреждении» его органов и тканей о вполне вероятных весьма существенных изменениях во внешних условиях.
Например, незначительный перепад температур в сторону охлаждения сам по себе может быть и незначим для растения, однако он может свидетельствовать о возможном предстоящем заметном понижении температуры окружающей среды.
«Предупреждающая» роль ПД сводится, как оказалось, к временному повышению устойчивости органов и тканей растения к неблагоприятным воздействиям. Это временное повышение устойчивости носит, по-видимому, неспецифический характер (то есть проявляется по отношению к разным воздействиям) и может рассматриваться как своеобразная предадаптация. Она служит как бы подготовкой к глубокой адаптации, если вслед за «предупреждением» действительно наступит усиление данного внешнего фактора (например, вслед за незначительным понижением температуры резкое похолодание) .
Таким образом, можно считать, что при действии слабых и умеренных раздражителей мы имеем дело с ролью ПД, которая связана с опережающим отражением действительности. Отсюда нами было сделано заключение, что растениям свойственна элементарная недифференцированная чувствительность.
При действии сильных раздражителей ПД выполняют роль первичной экстренной сигнальной связи, которая позволяет растению оперативно начать перестройку жизненных функций в экстраординарных условиях. Итак, по современным представлениям сигнальной функцииПД принадлежит вполне определённая роль в осуществлении быстрыхвзаимодействий высших растений с окружающей средой.Список используемой литературы:
Соросовский образовательный журнал 1996г.(10)
В.А. Опритов ” ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГHАЛЫ У ВЫСШИХ РАСТЕHИЙ “
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Отредактировано Андрей2014 (01.04.2015 22:11)
Они потому до старости и дожили. 
