в природе  существуют  динамические  системы,  непрерывно  потреб­ляющие  энергию  и  выделяющие  тепло,  которые  обладают  связан­ными  между  собой  микроградиентом  времени  и  микроградиентом
температуры.  Эти  системы  представляют  собой  живые  организмы, которые  находятся  в  состоянии  непрерывной  и  необратимой эволюции  во  времени  от  прошлого  к  будущему.
Глава четвертая
АДАПТАЦИОННЫЙ  ПРОЦЕСС  КЛЕТКИ
(Онтогенетическая  адаптация  эритроцитов)
§  1.  Живая  система  оказывается  всегда  приспособленной  к условиям  своего  существования  в  окружающей  ее  среде.  Способ­ность  к  приспособлению  является,  вероятно,  наиболее  отличи­тельной  чертой  жизни  (Селье,  1960,  и  мн.  др.).  Считают,  что  при изменениях  физико-химических  параметров  внешней  среды,  не выходящих,  однако,  за  пределы  адаптационных  возможностей живой  системы,  возникают  процессы  приспособления  организма, которые  не  оканчиваются,  пока  организм  не  достиг  своей  цели, адекватности своей  морфо-физиологической структуры  к  изменен­ным  условиям  своего  существования.  Согласно  этой  концепции, организм  адаптирован  для  достижения  своей  цели,  которая  за­ключается  в  удерживании  существенных  переменных  состояния организма  в  физиологических  пределах  (Саnnоn,  1932).  При изменениях  в  окружающей  организм  среде,  выходящих  за  пре­делы адаптационных  возможностей  организма,  процессы  приспо­собления  не  прекращаются,  но  в  силу  их  недостаточности  возни­кают  дисфункции  организма,  которые  могут,  в  конечном  счете ,приводить  его  к  гибели.
Адаптационный  процесс  является  энергетическим  процессом, который  вообще  не  может  быть  отделен  от  остальных  энергетических  процессов  организма,  совокупность  которых  представляет собой  обмен  веществ.
Выделить  только  одну  функцию  адаптации  организма  от  всех остальных  энергетических  функций,  связанных  с  его  жизнедея­тельностью,  невозможно.  Отсюда  следует,  что  изучение  в  опти­мальных  условиях  одного  только  адаптационного  процесса  живой системы  будет  возможным,  если  изучаемый  живой  объект  обла­дает  исключительно  низким  энергетическим  уровнем  обмена веществ  и  в  связи  с  этим  минимальным количеством  физиологических  функций.
В  таком  случае  адаптационный  процесс  проявляется  как  бы  в чистом  виде,  и  энергия обмена  веществ  расходуется  почти целиком только  для  процесса  адаптации.
В  качестве  объекта  исследования  для  изучения  адаптационного  механизма  мы  выбрали  клетку  с  исключительно  низким  обменом  веществ,  которая  выполняет  в  основном  только  одну  физио­логическую  функцию.  Такой  высокоспециализированной  клеткой с  низким  энергетическим  обменом  является  эритроцит  млекопи­тающих.  Безъядерный  эритроцит  млекопитающих  выполняет,  в основном,  функцию,  которая  высокоспецифична  и  филогенети­чески  является  весьма  древней.  Эта  функция  заключается  в
связывании,  переносе  и  отдаче  кислорода.  Белковые  молекулы, которые  осуществляют  эту  функцию,  представляют  собой  хромо-протеиды — гемоглобины;  они  образуют  основную  массу  клеточ­ного  вещества.  Изучение  адаптационного  процесса  эритроцита будет,  следовательно,  тесно  связано  с  изучением  функции  этого главного  компонента  эритроцита — белковой  молекулы  гемогло­бина.
§  2.  Сродство  гемоглобина  (Нb)  к   кислороду  увеличивается, как  известно,  с  повышением  рН  среды  (Ваrcroft,  1928;  Кузнецов, 1949).  Сравнение  гемоглобинов  фетальной  крови  (крови  плода, которая  функционирует  в  условиях  внутриутробной  жизни)  и материнской  крови  относительно  их  сродства  к  кислороду  пока­зало,  что  фетальный  гемоглобин  (Нb-F)  обладает  приблизительно на  15%  более  высоким  сродством  к  О2,  чем  материнский  гемогло­бин  (Нb-А)  (Лихницкая,  1950).  Это  явление — разность  сродства гемоглобинов  к  кислороду  в  крови  плода  и  в  крови  взрослого животного  oбъясняется  тем,  что  эритроциты,  содержащие  тот или  другой  онтогенетически  различный  гемоглобин,  приспособле­ны  к различным  физиологическим  средам.  Красные  кровяные шарики  плода  функционируют  в  условиях  внутриутробной  жиз­ни,  они  связывают  кислород  в  контакте  с  плацентарной  средой.
Эритроциты  материнской  крови  функционируют  в  других  физио­логических  условиях,  в  условиях  постнаталыной  жизни;  они связывают кислород  в  контакте с  респираторной  легочной  тканью.
Гемоглобины  Нb-F  и  Нb-А  являются  оптимально  адаптированны­ми  к  тем  средам,  в  которых  они  функционируют.  Плацентарная среда  имеет  нейтральную  или  слабокислую  реакцию,  в  то  время как  респираторная  легочная  ткань  обладает слабощелочной  реакцией  (Тринчер,  (1955,  (1960а,  1960b).
Если  сравнивать  сродство  Нb-F  к О2  при  рН  7,3, что  соответ­ствует  активной  реакции  плаценты,  с  родством  Нb-F  к  О2  при рН — 8,0,  что  соответствует  активной  реакции  респираторной легочной  ткани, то обнаруживается, что  оба  гемоглобина  обладают одинаковым  сродством  к  кислороду.  Существует,  следовательно,приспособление  молекулы  гемоглобина  к   условиям  ее  функцио­нирования  (Корвкуев, -1948,  1959).-Корреляция  между  функцией  гемоглобина — связыванием  О2 в  естественных  физиологических  условиях  плацентарной  или легочной  среды и  физико-химическим  свойством  гемоглобина — сродством  к  О2  отражает  общий  принцип  «функциональной пластичности  белковой  молекулы».  Белковая  молекула,  как  функ­циональная  единица  живой  системы,  оказывается  оптимально адаптированной  к  физиологическим  условиям  существования  живой системы.
  Влияние  активной  реакции  среды  на  образование  крови, содержащей  Нb-F  или  Нb-А,  было  показано  прямыми  опытами  с переживающей  эмбриональной  печенью  (Тhоmas  еt  аl.,  1960). При  пропускании  через  изолированную,  переживающую  фетальную  печень  оксигенизированной  (слабощелочной)  крови  печень продуцировала  эритроциты,  содержащие  Нb-F;  при  пропускании гипоксической  (слабокислой)  крови  печень  продуцировала  эрит­роциты,  содержащие  Нb-A.
  §  3.  Нb-F  и  Нb-А  -отличаются  друг  от  друга  и  другим  физикохимическим  свойством,  кроме  разного -сродства  к  О2-  они  обусловливают  разную  чувствительность  эритроцитов  к денатурацион-
ному  действию  щелочи.  Эритроциты,  содержащие  Нb-F,  являются значительно  более  чувствительными  к  щелочной  денатурации, чем  эритроциты,  содержащие  Нb-А.  Это  различие  также  объяс­няется  тем  же  принципом  «функциональной  пластичности  бел­ковой  молекулы».  Эритроцит,  содержащий  Нb-F,  который  адап­тирован  к  более  кислой  плацентарной  среде,  более  чувствителен  денатурационному  действию  щелочи.  Эритроцит,  содержащий Нb-A,  который  адаптирован  к  более  щелочной  -среде  респиратор­ной  легочной  ткани,  менее  чувствителен  к   денатурационному действию  щелочи.  Существует,  следовательно,  корреляция  между сродством  Нb  к   О2  и  чувствительностью  клетки,  содержащей  НЬ, действию  щелочи  (Тринчер,  Гинцбург,  1963).  Такая корреляция является  общим  биологическим  явлением,  которое обнаруживает­ся  в  широком  филогенетическом  диапазоне  как   для  эритроцитов теплокровных  и холоднокровных  животных,  так  и  для  свободно плавающих  молекул  гемоглобинов  из  крови  червей  (Наugtоn  еt al.,  1957).
§  4.  В  ходе  постнатальной  адаптации  крови  теплокровного животного  происходит  замена  фетального  гемоглобина  гемоглобином  взрослого  животного.  Так  как  гемоглобин  находится  у  теплокровных  животных  внутри  эритроцита,  то  замена  гемоглобинов  ходе  постнатальной  адаптации  может  произойти  двумя  принципиально  различными,  альтернативными  путями:
1)  замена  фетального  гемоглобина  гемоглобином  взрослого животного  может  происходить  в  виде  замены  клеток:  постнатальный  организм  освобождается  от  эритроцитов,  содержащих  толькоHb-F,  и  постепенно заменяет  их  эритроцитами,  содержащими только  Нb-А;
2)  замена  фетального  гемоглобина  гемоглобином  взрослого животного  может  происходить  внутри  самих  эритроцитов:  в циркулирующих  в  кровяном  русле  эритроцитах  постнатального организма  происходит  превращение  Нb-F  в  Нb-А.
При  наличии первого варианта  адаптационный  процесс замены гемоглобинов  был  бы  обусловлен  генетическим  механизмом,  действующим  в  эритропоэтическом  аппарате,  и  циркулирующие  в кровяном  русле  эритроциты  состояли  бы  в  течение  адаптационного  периода  из  двух  популяций:  популяции  эритроцитов,  содержащих  только  Нb-F,  и  популяции эритроцитов,  содержащих только  Нb-А.
При  наличии  второго  варианта  адаптационный  процесс  замены  гемоглобинов  состоял  бы  в
непосредственном  процессе  при­способления  эритроцитов  к  новым  условиям  функционирования:
в  кровяном  русле  циркулирует  в  течение  адаптационного  периода только  одна  популяция  эритроцитов,  содержащих  одновременно Нb-F  и  Нb-А  в  каждой  клетке.
Так  как  эритроциты,  содержащие  Нb-F,  и  эритроциты,  содер­жащие  Нb-А,  обладают  различной чувствительностью  к  денатурационному  действию  щелочи,  то  это  свойство  может  служить
индикатором  для  установления  содержания  того  или  другого гемоглобина  в  эритроцитах.  Для  решения  поставленного  альтер­нативного  вопроса,  каким  путем  происходит  замена  гемоглобина в  крови,  мы  произвели  экспериментальные  исследования,  которые позволили  обнаружить  изменение  щелочной  устойчивости  эрит­роцитов  постнатальных  животных  в  течение  всего  адаптацион­ного  периода.  Анализ  этих  опытов  дал  возможность  однозначно ответить  на  поставленный  вопрос  и  доказать,  что  в  течение
первых  20  дней  постнатальной  жизни  у  исследованного  тепло­кровного  животного  (крысы)  происходят  адаптационные  измене­ния  самих  эритроцитов,  которые  приспосабливаются  к  новым (постнатальным)  условиям  функционирования.

…устойчивость  эритроцитов  к  денатурационному  воздействию  щелочи  увеличивается  с  возрастом  животного  и  достигает  своего  максимального  значения  на  20-й день  постнатальной  жизни.  Начиная  с  20-го  дня,  эритроциты являются,  следовательно,  полностью  адаптированными  к  новым  физиологическим  условиям,  к  связыванию  кислорода  в  контакте с  слабощелочной  респираторной  легочной  тканью.  С  20-го  дня все  эритроциты  содержат  только  (гемоглобин  взрослого  животного (Нb-F).  В  предыдущем  адаптационном  периоде,  с  момента  рождения,  до  20-го  дня,  эритроциты  (каждая  клетка  в  отдельности) содержали  одновременно  Нb-F  и  Нb-А  в  беспрерывно  изменяющейся  пропорции,  а  эритроциты  внутриутробного  животного,адаптированные  к  связыванию  кислорода  в  контакте  с  плацентой ,  содержали  только  Нb-F.
Зависимость  щелочной  устойчивости  эритроцита  от  возраста  животного  в  течение  адаптационного  периода,  от  момента рождения  до  20-го  дня  постнатальной  жизни,  с  большой  точ­ностью  подчиняется  логарифмическому  закону.
Интересно  отметить,  что  процесс  адаптации  эритроцитов  протекает  чрезвычайно  ‘быстро.  Как  видно,  на   уже  на  третий день  после  рождения  животного  достигается  50% адаптационного эффекта.  На  третий  день  постнатальной  жизни  все  циркулирующие  в  кровяном  русле  эритроциты  содержат одновременно
Нb-F  и  Нb-А  в  равных  количествах  и  оказываются  уже  наполо­вину  приспособленными  к
функционированию  в  контакте  со слабощелочной  респираторной  легочной  тканью  (Тринчер,  Гинц-
бург,  1963; ) .

ЗАКОН  БИОЛОГИЧЕСКОЙ  АДАПТАЦИИ
§  1.  Приведенные  в  предыдущей  главе  опытные  данные  показали,  что  безъядерная  не делящаяся  клетка,  эритроцит  млекопитающих,  имеющий  чрезвычайно  низкий  обмен  веществ  и  выполняющий  в основном  только  одну специализированную функцию — передачу  кислорода,  обладает  способностью  к  адаптации.  В  течение  первых  20  дней  постнатальной  жизни  эритроцит  приспосабливается  к  новой  физиологической  среде,  изменяет  свою  внутреннюю цитоплазматическую  структуру.  Внутри  эритроцита  происходит  перестройка  фетального  гемоглобина  в  гемоглобин  взрослого организма;  Нb-F, который  был  адаптирован  к   плаценте, превращается  внутри  эритроцита  в  Нb-А,  который  адаптирован к слабощелочной  среде  респираторной  легочной  ткани.  Этот адаптационный  процесс  клеточного  организма  есть  процесс  молекулярной  перестройки  белкового  состава  внутри  клетки.Майлс  и  др.  (Мiles  еt  а1.,  1961)  обнаружили,  что  в  циркулирующих  в  кровяном  русле  эритроцитах  происходит  процесс старения, который  сопровождается  изменением  гемоглобинов  внутри  клетки.  Известно,  что  процесс  старения  эритроцита  отражается  нафункциональных  свойствах  клетки,  на  ее  ферментативной  активности  (Рrаnkеrd,  1958),  энергетической  функции и  ионном транспорте  (Веrnstein,  1959),  осмотической  резистентности  (Маrks  еt  а1.,  1958)  и  механических  свойствах  (Simon  еt аl.,  1957).
Эти  данные  интерпретировали  как  дегенеративные изменения  эритроцитов  в  процессе  старения,  ведущие  к  гибели  клетки.  Обнаруженная  нами  цитоплазматическая  перестройка эритроцита,  молекулярная  перестройка  гемоглобинов,  является, напротив,  не  процессом  структурной  деградации,  а  процессом адаптации  клетки  к  новым  условиям  существования.  Под  действием  нового  физиологического  раздражителя — респираторной  легочной  ткани — эритроцит  приобретает  новую  структуру  вза­мен  прежней  структуры,  которая  была  адекватна  предыдущему  физиологическому  раздражителю — плаценте.
Новый  физиологический  раздражитель,  вызывающий  адаптационный  процесс  клетки,  структурную  перестройку  молекулярного  состава  эритроцита,  представляет  собой  источник  информации.  Респираторная  легочная  ткань  передает  контактирующему  с  ней  эритроциту  информацию  о  щелочности  среды.  Контактирующая  клетка,  становясь  носителем  этой  информации,  изменяет свою  структуру  и  сама превращается  в  источник  информации  для  эритропоатической  системы.  Эритропоэтическая  система,  получив  новую  информацию  от  структурно  измененных  эритроцитов,  продуцирует  в  ответ  на  полученную  информацию  новые  структурно измененные  эритроциты.  Это  положение  может  (быть  иллюстрировано  следующей  схемой  (рис.  7).

Рис.  7.  Процесс  адаптации  эритроцитов  (схема)
А  — гемопоэтическая  система;  Б  —  респираторная  легоч­ная  ткань;  1  —  эритроциты,  содержащие  НЬ-Р;  2  —  эри­троциты,  содержащие  Нb-F  и  Нb-А;  3  —  эритроциты, содержащие  Нb—А
В  этой  схеме  весь  процесс  адаптации  эритроцита  иллюстри­рован  в  виде  трех  циклов:  эритроциты,  выходящие  из  эритропоэтической  системы  фетального  животного,  содержат  только  Нb-F.
Соприкасаясь  в  постнатальной  жизни  с  респираторной  легочной тканью,  эритроциты  приобретают  новую  информацию  и  изменяют свою  структуру.  Они  содержат  одновременно  как  Нb-F,  так  и Нb-А  и  сами  становятся  источником  информации  для  эритропоэтической  системы.  Эритропоэтическая  система  продуцирует  но­вые  эритроциты  в  соответствии  с  полученной  информацией,  и  по истечении  20  дней  все  эритроциты  оказываются  полностью  адап­тированными  к  респираторной  легочной  ткани  и  содержат  только
Нb-А.  Постаревшие  за  это  время  эритроциты,  имеющие  (как  это показано  выше)  измененные  свойства,  активно  удаляются  из организма  и  заменяются  новыми,  молодыми  эритроцитами,  пере­строенными  в  соответствии  с  новой  информацией.
Мы  видим,  таким  образом,  что  в  отличие  от  неживой  кибер­нетической  системы,  в  которой  имеет  место  невозместимая потеря  информации  в  отдельных  процессах  ее  передачи  (шумы, тепловой  хаос),  в  живой  системе  информация  сохраняется  благо­даря  целостности  организма  и  корреляции  всех  его  функций (Анохин,  1961;  Свинцицкий,  1964).  Носитель  информации,  одно­клеточный  организм,  изменяет  свою  структуру  в  соответствии  с полученной  информацией  и  передает  ее  той  системе,  которая  про­изводит  новые  носители  информации.
Приведенная  модель  иллюстрирует  передачу  информации  от одной  системы  (эритроциты)  к  другой  системе  (эритропоетический  аппарат).  Эритроциты,  которые  в  результате  полученной ими  новой  (химической)  информации  при  контакте  со  слабоще­лочной  легочной  тканью  приобрели  новое негэнтропийное  состо­яние,  сами  становятся  источниками  информации  для  оритропоэтичесного  аппарата.  Эритропоэтический  аппарат,  который  в  ре­зультате  полученной  информации  приобрел  новое  негэнтропий­
ное  состояние,  продуцирует  эритроциты,  согласно  полученной информации.  В  приведенной  модели  одноклеточный  организм — эритроцит — рассматривается  как  кибернетическая  система  или
как  машина  для  переработки  информации.  В  работе  этого  одно­клеточного  организма  обнаруживается  способность  хранить,  пре­образовывать и  передавать полученную  информацию,  т.  е.  спо­собность,  которая  характерна  для  кибернетической  машины (Shannon,  Weaver,  1949).
Между  негэнтропией  и  информацией  существует  конкретная (физическая,  материальная)  связь.  На наличие  такой  связи  ука­зал  Новик  (1962,  1963);  исходя  из общетеоретических  положений,
Новик  подчеркивает  содержательную  природу  информации  как атрибут материи.
Бриллюэн  (1960,  1962)  иллюстрирует  преобразование  негэнтропии  и  информации  в  виде  последовательных  звеньев:
негэнтролия —информация — негэнтропия.
Подобную  связь  можно  установить  на  примере  приспособления  безъядерного  эритроцита  к  новым  условиям  существования после  рождения  теплокровного  животного.  Этот  специфический адаптационный  процесс  единичной  безъядерной  клетки,  состоя­щий  в  изменении  макромолекулярного  состава  ее  цитоплазмати­ческой  структуры,  является,  однако,  только  одним  из  бесчисленных  звеньев  адаптационного  процесса, которому подвергается  весь организм  в  течение  постнатального  периода.