Важнейший физико-химический процесс

Таким образом, даже изменение ионной асимметрии — выход калия и вход натрия в «глиняную клетку» — вполне можно считать следствием, а не условием раздражения и возбуждения клетки. Для этого необходимо только, чтобы при тиксотропном разрушении структуры глины изменялось бы ее сродство к калию. И в самом деле, почему бы не считать такой тиксотропный механизм, механизм перехода гель — золь вполне соответствующим эволюционным задачам? Почему бы не считать ионную асимметрию лишь следствием структурных особенностей прото-плазматических структур?
Выбор правильного решения здесь очень не прост. Ведь мы должны найти доводы, основанные на убедительных общих соображениях, а не только на сведениях о механизмах жизнедеятельности земных организмов.
Я уже отмечал, что еще очень недавно исследователи были разделены на два непримиримых лагеря — сторонников сорбционной теории, возглавляемых Д. Н. Насоновым, и сторонников мембранной теории во главе с Д. Л. Рубинштейном. Темпераментные, не всегда академические споры завершились во втором поколении противников победой мембранной теории. Она восторжествовала благодаря замечательным достижениям в изучении биоэлектрических явлений на гигантских аксонах кальмаров и других удобных объектах. В самом деле, можно перфу-зировать, промыть гигантский аксон, удалить из него всю протоплазму—а способность к раздражению, к генерации нервного импульса останется. Более того, можно получить искусственную-возбудимую мембрану, обладающую всеми основными свойствами естественной. Следовательно, функция аксона и в самом деле обусловлена лишь его мембраной. Следовательно, ионная асимметрия и в самом деле создается без участия избирательной сорбции ионов в толще внутриклеточной протоплазмы.
Мы уже очень много знаем о природе избирательных ионных насосов, локализованных в клеточной мембране. Их функцию' выполняют ферменты, аналогичные асимметрично расположенной в мембране К, Na-активируемый АТФазе, в сочетании с избирательно проницаемыми каналами.
Мы все больше узнаем о свойствах и природе веществ, модифицирующих проницаемость биомембран. Все это так. Однако еще раз подчеркиваю — нам нужно понять, в силу каких причин в процессе эволюции возникли именно такие механизмы? Один из возможных ответов гласит: данное приспособление возникло как неизбежное следствие физических и (или) химических свойств веществ, вовлеченных в процесс эволюции. В духе такого ответа можно сказать, что ионные градиенты, противотермодинамическая асимметрия ионов в системе клетка — внешняя среда возникли как неизбежное следствие образования биодетергентных мембран. Если в силу эволюционной необходимости в дискретности живого вещества появились мембраны, отграничивающие клетки от внешней среды, то вследствие физических и химических свойств этих мембран, их избирательной проницаемости возникла и ионная асимметрия. Ионная асимметрия оказалась весьма удачным показателем целостности клетки и в ходе дальнейшей эволюции смогла обеспечить реагирование клетки на внешние воздействия.
Очень возможно, что такой ход рассуждений верен. Однако тиксотропия, превращение геля в золь — важнейший физико-химический процесс в протоплазме как современных, так и древних земных организмов. Мало того, этот процесс представляет неспецифический универсальный ответ клетки на различные воздействия. Я думаю, однако, что процесс превращения гель — золь не был выбран в ходе эволюции как универсальный ответ на нарушение целостности клетки по вполне простой причине — отнюдь не любые повреждения клетки сопровождаются механическими воздействиями, вполне вероятны и повреждения в результате химических воздействий. А «тихое» растворение мембраны клетки не менее опасно, чем ее разрыв в результате свирепого укуса.
И все же, почему натрий снаружи и калий внутри? В настоящее время мне кажется вполне убедительным ответ на этот вопрос, предложенный В. А. Твердисловым. Натрий не потому изгоняется из клетки, что он изначально был менее желателен, чем калий. И калий входит в клетку не из-за своих особых химических или физико-химических достоинств. Дело обстояло, по-видимому, проще: при концентрациях этих катионов в древнем океане только их можно было использовать для сигнализации о целостности клетки. Однако для создания электрохимического потенциала, при котором концентрация натрия внутри клетки была бы больше, чем в окружающей среде, необходимы очень высокие концентрации ионов натрия в клетке — порядка нескольких молей на 1 л, что весьма существенно изменило бы всю физико-химическую обстановку в клетке. Наоборот, калия в среде, в морской воде настолько мало, что даже при его вполне безобидных концентрациях внутри клетки порядка 0,1 моль/л, соотношение концентраций К внутри и снаружи оказывается достаточным для асимметричного распределения натрия и создания заметного электрохимического потенциала.







Материалы

Яндекс.Метрика