Проблема передачи сигналов
Во-первых, резко возрастают скорости движения, и поэтому управление перемещением должно происходить значительно быстрее. Во-вторых, резко возрастают расстояния, на которые приходится передавать сигналы. Следовательно, порции веществ, диффундирующих по трубам, уже не могут служить сигналами. Нужны другие механизмы распространения сигналов от рецепторов к двигательным клеткам.
Что кроме веществ может распространяться по трубчатым или иным соединениям клеток друг с другом? Химические процессы (перемещается фронт горения или фронт колебательной химической реакции), фронт структурной перестройки (например, фронт кристаллизации или плавления), электрические, акустические сигналы и, наконец, световые импульсы.
Распространение в трубах химических процессов или фронтов фазовых переходов (структурных перестроек) требует заполнения трубы активным веществом и обязательной регенерации его активного состояния после прохождения каждого импульса— это должен быть бикфордов шнур, снова образующийся после каждого взрыва. Распространение электрических, акустических и электромагнитных (световых) импульсов не связано, в принципе, с необходимостью регенерации самого волновода после прохождения.каждого импульса.
Итак, речь идет о связи рецепторов и мышечных клеток посредством «нервов».
После работ Ходжкииа, Хаксли и других выдающихся исследователей природу проведения нервного импульса принято считать выясненной. Известно, что возбуждение по нерву распространяется в виде волны деполяризации — волны изменения распределения ионов натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны аксона. Об этой волне можно судить по изменению электрического потенциала. Физико-химическим механизмом распространения возбуждения по нерву вероятно служит процесс (волна) конформационных перестроек вещества мембраны. Одна из первых попыток регистрации распространения по нерву волны структурных изменений принадлежит Т. М. Франку, Р. Г. Людковской, Л. П. Каюшину, изучавшим возможность регистрации прохождения механических волн по возбуждаемому нерву посредством интерференционного микроскопа). В последующие годы исследованиям физических процессов такого рода, проведенным главным образом оптическими методами, было посвящено много работ. В детально разработанном виде концепция, связывающая распространение возбуждения по нерву с волной конформационных изменений, была создана Таеаки. Тасаки полагал, что возбуждение мембраны представляет собой быстрый обратимый катионообменный процесс, сопровождающийся переходами между двумя устойчивыми (конформационными) состояниями образующих ее макромолекул... Конформация мембранных макромолекул и свойства катионообменника в основном определяются отношением концентраций одновалентных и двухвалентных катионов в мембране... Причиной распространения процесса возбуждения по мембране аксона служит различие макромолекулярных конформаций в возбужденном состоянии и в состоянии покоя... В конце концов, если начальная возбужденная поверхность была достаточно велика, вся мембрана переходит из устойчивой конформаций покоя в устойчивую возбужденную конформацию.
Такое представление о механизме проведения нервного импульса в общем вполне правдоподобно. Оно может быть модифицировано с учетом новых данных о существовании и свойствах одиночных каналов (см. выше) и фазовых переходах в фосфолипидах мембран. Но главный критерий естественного отбора, определявший направление эволюционного становления механизмов возбуждения по нерву это скорость распространения нервного импульса.