Особенности сенсорной системы
Сенсорные органы представляют собой специализированные образования, предназначенные улавливать энергию внешних или внутренних стимулов для активации их нервных клеток, чьи сигналы информируют ЦНС о характере стимуляции. К таким стимулам, посредством которых организм регулирует свои отношения с окружающей средой, относится прежде всего энергия частиц и молекул, слагающих мир. Так, зрительные клетки поглощают фотоны определенной энергии, отраженные окружающими предметами или исходящие непосредственно от их источника. Лучистое тепло улавливают другие клетки путем абсорбции фотонов более широкого энергетического уровня. Вкус и запах улавливаются путем утилизации потенциальной энергии, заложенной во взаимном притягивании и отталкивании частиц, образующих атом. Звук обнаруживается посредством использования энергии движения частиц молекулярного уровня.
Все клетки организма работают за счет внешней энергии, получаемой в конечном счете в виде молекул или частиц. Но чувствующие клетки отличаются от остальных, по крайней мере, в двух отношениях. Во-первых, энергия внешнего воздействия служит для чувствующей клетки только стимулом, или триггером, для запуска процессов, совершаемых за счет потенциальной, накопленной через механизм обмена энергии самой клетки. Поэтому энергия, необходимая для возбуждения рецептора, всегда меньше той, которую несет его выходной сигнал. Во-вторых, чувствующая клетка имеет на выходе электрическую энергию, обязательно передаваемую другим клеткам, которые сами не способны воспринимать энергию данного внешнего воздействия.
Обратимость изменения состояния в ответ на внешнее воздействие позволяет чувствующей клетке служить датчиком информации, однако в этой роли к ней предъявляются очень жесткие требования. Рецептор не сможет дать много полезной организму информации, если он так груб, что не чувствителен даже к большим изменениям энергии на входе, или, наоборот, так «совершенен», что реагирует на незначительные флюктуации входного сигнала. Кроме того, польза рецептора была бы небольшой при одинаковой реакции его на разные виды энергии или простой сигнализации о наличии или отсутствии стимула. С точки зрения запросов организма у рецептора должны быть: 1) некоторый оптимум чувствительности; 2) способность выделять определенные виды стимулов; 3) способность улавливать не только появление и исчезновение стимула, но и величину, направление и скорость его изменения. Природа позаботилась об удовлетворении этих запросов. Хотя для клеточной протоплазмы характерна умеренная чувствительность ко многим видам энергии и реакция на многие параметры стимулов, рецепторы специализировались на восприятие определенного вида энергии. Специализация рецептора выражается в повышенной чувствительности каждого к «своему» виду стимула и его определенным параметрам. Это оказалось возможным, например, за счет приобретения рецепторными клетками специальных свойств на молекулярном уровне. Так, приобретение зрительными клетками фотолабильного пигмента позволило поглощать лучистую энергию в определенном диапазоне длин волн и отличать свет от теплового воздействия лучей.
В дополнение к специализированной чувствительности как таковой рецепторные клетки приобрели окружение в виде вспомогательных структур, предопределяющих род воспринимаемой энергии. В простейшем случае это — изгибающийся под действием внешних сил кутикулярный волосок, в более сложном — хрусталик, ирисовые клетки и другие элементы глаза, обслуживающие фоторецепторную часть — сетчатку, или тимпанальная мембрана органа слуха. Названные структуры могут не только влиять на чувствительность такой комбинированной рецепторной сенсиллы (например удаление хрусталика ухудшает зрение, а прободение тимпанальной мембраны ухудшает слух), но и предопределяют, какие параметры стимула (величина, скорость изменения и т. п.) могут быть использованы. Можно сказать вслед за известным американским физиологом В. Дж. Детье, что «очищение» рецепторных органов от генерализованных признаков и неизбирательности ответа прослеживается на всем эволюционном пути как их сенсорных клеток, так и дополнительных структур.