Физиология — это целое море интереснейших проблем

Наука и жизньНаука

Почему же природа выбрала калий?

Академик Юрий Наточин

Участники семинара студентов первого набора медицинского факультета Санкт-Петербургского государственного университета. 1995 год. В первом ряду в середине — декан факультета Юрий Викторович Наточин и ректор университета Людмила Алексеевна Вербицкая.

Из биографии Юрия Викторовича Наточина: учился в Новосибирске, в медицинском институте; заканчивал аспирантуру в Ленинграде, в Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова АН СССР (ныне РАН), в этом институте, в лаборатории физиологии почки и водно-солевого обмена, работает по сей день; в Ленинградском (ныне Санкт-Петербургском) государственном университете организовал медицинский факультет и стал его первым деканом, сотрудничество с университетом — самое тесное! — продолжается. Область интересов академика Ю. В. Наточина — всё вечное!

Область научных интересов — от механизмов возникновения и лечения конкретных заболеваний до тайн происхождения жизни… Любовью всей своей жизни он называет физиологию.

В первом номере 1989 года — 30 лет назад — в «Науке и жизни» были опубликованы заметки Юрия Викторовича о великом хирурге С. С. Юдине. В конце этих заметок есть строка: «Заново перечитывая его книги, я часто ловлю себя на том, что слышу его голос и вижу его взгляд…». Мы счастливы, что имеем возможность слышать вместе с вами, дорогие читатели, голоса таких замечательных людей, как Сергей Сергеевич Юдин и Юрий Викторович Наточин.

Академик Юрий Викторович Наточин. Фото Наталии Лесковой.

Физиология — это целое море интереснейших проблем. В наше время есть новые выдающиеся достижения в таких науках, как молекулярная биология, молекулярная генетика, но вопросы, связанные с возникновением человека, охватывают весь мир. Физиология — та наука, которая изучает происхождение жизни как сочетание определённых функций.

Жизнь зародилась не в океане

Возьмём клетку растения, животного, человека. В ней всегда много калия. А в жидкости вокруг клетки много натрия. И вот представьте, что возникла первая клетка на Земле. Следом за ней стали появляться другие. Из школьных учебников мы знаем, что возникновение клетки возможно только из клетки. И тут я задумался: откуда же мог в ней взяться калий, причём в большом количестве, в то время, когда первая клетка только возникла? Его же просто не было. Эта мысль, как сейчас помню, посетила меня в поезде Москва — Ленинград. Я уже двадцать с лишним лет мотаюсь туда-сюда, с тех пор, как стал членом Президиума Академии наук, потом — советником РАН, а в дороге рождаются полезные мысли. Так вот, я подумал: это ведь означает, что первая клетка не могла появиться в натриевой среде, которая присуща морской воде. Или должно быть некое устройство, насос, который загнал бы в клетку калий. Такую сложную молекулярную структуру из ничего сделать нельзя. Нужна мембрана.

Несколько лет назад академик Алексей Юрьевич Розанов организовал семинар по проблемам происхождения жизни. Помню, меня позвали сделать доклад. Алексей Юрьевич и академик Александр Сергеевич Спирин предложили назвать его «Возникновение мембран». Я рассуждал так: клетка должна быть окружена «забором» — мембраной, отделяющей среду внутри клетки от внешней среды. В голову пришла мысль о том, что на заре возникновения жизни должна была существовать среда, похожая на внутриклеточную, — калиевая. И это было не море, где преобладают соли натрия, а водоём с доминированием солей калия. Например, озеро, не пресное, конечно.

Первая клетка (протоклетка) в калиевом водоёме

Если клетку поместить в пресную воду, она через несколько секунд разорвётся: вода направится туда, где концентрация солей выше, осмотическое давление больше, и это её погубит. Должна быть среда, богатая калием. Я стал искать объекты, способные показать, как это было четыре миллиарда лет назад. Работы проводились, в том числе, совместно с академиками Эриком Михайловичем Галимовым, Михаилом Владимировичем Дубиной и их сотрудниками. Мы пришли к выводу, что первая клетка появляется в среде, где калия много и снаружи, и внутри клетки. Эти среды не отличаются друг от друга по концентрации солей. Именно калий нужен для процессов, связанных с образованием пептидов.

Пептиды образуются из растворённых аминокислот, возникших в неорганической среде. Появляются нуклеиновые кислоты, первые белки. Они развиваются в калиевой среде, а потом, когда живые клетки уже сформировались, самые «умные» из них начинают искать себе новые ареалы распространения. И тогда клетки «идут» в солоноватые воды, а у тех, которые «поумнели» больше других, появляется нечто вроде калиево-натриевого насоса. Насос выбрасывает натрий из клетки, и тогда она может адаптироваться к жизни в море. Появляются клетки, способные жить в морской воде.

Калиевая клетка, окружённая мембраной, способна мигрировать в солоноватые воды, содержащие много натрия.

Дальше — ещё интереснее. Живым организмам преимущественно присуща многоклеточность. И вот прошли сотни миллионов лет, и возникли первые многоклеточные организмы — животные и растения, у них появились специализированные клетки, органы. Настал момент выбора, знакомый любому молодому человеку, — как строить своё будущее. Нужно искать не то, что легче, а то, что пусть труднее, но имеет перспективу. Именно там — будущее. Нельзя идти по лёгкому пути, как нельзя гнаться за дешевизной.

Что есть у многоклеточных существ? Клетки и внеклеточная жидкость, кровь, которая омывает каждую клетку. А что им нужно для счастья? Чтобы голова хорошо работала, чтобы ноги быстро бегали, чтобы не было отёков, чтобы кожа была гладкая и красивая. Тогда особь чувствует себя хорошо. Среда, окружающая клетку, должна быть чистой, и в ней должно быть всё, что нужно для жизнедеятельности клеток мозга, когда вы думаете, и клеток мышц, когда вы двигаетесь. Одним словом, чтобы у многоклеточных существ была гармония, необходима стабильная внутренняя среда.

Идею о необходимости постоянства физико-химических характеристик внутренней среды предложил французский исследователь Клод Бернар в последней четверти XIX века. В начале XX века американский физиолог Уолтер Кеннон назвал это состояние гомео-стазом. Растения выбрали свой путь — подсасывать влагу с микроэлементами из почвы и потом использовать её для каждой клетки. А животные пошли другим, очень энергоёмким путём. Они создали систему органов, которые заботятся о постоянстве внутренней среды, крови. Один из самых важных органов этой системы — почка.

Недооценённая почка

В школе учат, что почка — это орган выделения. А на самом деле она делает ещё очень много полезного в организме. Через сосуды почек протекает четверть ежеминутного объёма крови, которую сердце выбрасывает в аорту. Это означает, что каждую минуту из почти пяти литров крови, прокачанной сердцем, около одного литра двухсот миллилитров притекает и проходит через почки (больше тонны в сутки!). Через мозг проходит почти столько же, хотя он в пять раз тяжелее почки. Мозг весит до 2% массы тела — это в среднем полтора килограмма, а обе почки весят всего 300 граммов — 0,43% массы тела.

Недавно я прочитал книгу нашего современника израильского историка Юваля Харари «Sapiens. Краткая история человечества». Автор пишет: человек стал таковым тогда, когда у него в три раза по сравнению с приматами увеличились энергозатраты головного мозга в состоянии покоя. Я задумался над его словами и понял, что это не совсем так. Есть система в организме, которая требует ещё больше и крови, и энергии, она обеспечивает поддержание постоянства внутренней среды в организме. Это почки, и в них очень высокое постоянное кровоснабжение.

Почки нужны для того, чтобы вода, когда вы её пьёте, не снижала осмотического давления крови ниже нормы, потому что иначе клетки будут лопаться. Это называется осмотической регуляцией. Ещё почки нужны для того, чтобы в крови было столько солей каждого иона, сколько необходимо. Почки выводят избыток ионов из организма. Кроме того, почки вырабатывают гормон, который способствует поддержанию правильного количества эритроцитов в крови. Когда создали первую искусственную почку, выяснилось, что пациенты жили с ней дольше, но всё же умирали через год-полтора после подключения к аппарату. Почему? Оказалось, создатели почки не знали, что в этом органе секретируется эритропоэтин — тот самый гормон, который влияет на костный мозг, и он поставляет в кровь эритроциты. А недавно физиологи обнаружили, что почки вырабатывают ещё один гормон — тромбопоэтин, который участвует в регуляции свёртывания крови. Вообще, почки производят такое большое количество разных гормонов, как ни один другой орган. В почках вырабатывается предшественник вещества, которое влияет на тонус сосудов. Поэтому гипертоническая болезнь — это чаще всего результат поражения почек.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

В лабиринтах альтернативной истории В лабиринтах альтернативной истории

Имеют ли право на жизнь иные варианты развития известных исторических событий?

Наука и жизнь
Kia Sportage: Противоречивый Kia Sportage: Противоречивый

Четырех страниц мало, чтобы описать все особенности Sportage третьего поколения

АвтоМир
Возвращение чёрной смородины Возвращение чёрной смородины

История черной смородины в России

Наука и жизнь
MAXIM посмотрел фантастический триллер «Дитя робота» и делится увиденным MAXIM посмотрел фантастический триллер «Дитя робота» и делится увиденным

Это триллер, и в какой-то момент он станет жестоким и черствым

Maxim
Генерация будущего Генерация будущего

Германия нацелена на отказ от сжигания угля и сокращение атомной энергетики

РБК
Проблема «сабстанса» в офшорах: стоит ли волноваться владельцам яхт? Проблема «сабстанса» в офшорах: стоит ли волноваться владельцам яхт?

Как владельцу яхты действовать в новых условиях «сабстанса»

Forbes
Почему Эйнштейн не сослался на опыт Майкельсона? Почему Эйнштейн не сослался на опыт Майкельсона?

Максвелл не сомневался, что всё пространство во Вселенной заполнено эфиром

Наука и жизнь
5 оригинальных направлений для летнего отпуска 5 оригинальных направлений для летнего отпуска

В список 100 дел для запоминающегося лета обязательно включи увлекательный отдых

Cosmopolitan
Машина для любви, а не для войны: история легендарного «хиппи-буса» от VW Машина для любви, а не для войны: история легендарного «хиппи-буса» от VW

Как бюргеры сделали американцев бродягами, беспаспортными и безработными

Maxim
Кофе за 50 рублей и ЗОЖ в меню: как изменится российский рынок кофеен Кофе за 50 рублей и ЗОЖ в меню: как изменится российский рынок кофеен

Число кофеен в России и Европе в ближайшие годы вырастет в полтора раза

Forbes
Городская разработка: цифровая БМП Hunter Городская разработка: цифровая БМП Hunter

11 июня на вооружение армии Сингапура была принята боевая машина пехоты

Популярная механика
Топ-менеджер Google Андрей Дороничев инвестировал в российский образовательный стартап U Skillz Топ-менеджер Google Андрей Дороничев инвестировал в российский образовательный стартап U Skillz

Андрей Дороничев вложил в образовательный стартап U Skillz около $200 000

Forbes
«Кричащее» наследие Эдварда Мунка на выставке в Москве «Кричащее» наследие Эдварда Мунка на выставке в Москве

Почему Мунка обязательно нужно успеть посмотреть в Москве

Forbes
Сила цвета Сила цвета

Дизайнер Рошин Лафферти оформила дом в Ирландии

AD
Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех

Рассказываем о родителях звезд, которые избегают публичности

Cosmopolitan
10 советских фильмов с забавными деталями, о которых вы не знали 10 советских фильмов с забавными деталями, о которых вы не знали

Рассказываем, на какие детали стоит обратить внимание в советских фильмах

РБК
Как на вулкане! Как на вулкане!

Первозданная красота балийской природы сливается с красотой Елены Чернявской

Maxim
«Как мимолётное виденье...» «Как мимолётное виденье...»

Девочке, родившейся в доме Ивана Вульфа, была уготована необычная судьба

Наука и жизнь
Модная реформа. Зачем министр Силуанов взял российских дизайнеров под личный контроль Модная реформа. Зачем министр Силуанов взял российских дизайнеров под личный контроль

Для чего нужен Фонд Моды: рассказывают дизайнеры, ретейлеры и фэшн-критики

Forbes
ЯAVЬ ЯAVЬ

ЯAVЬ похожа скорее на Бьорк, чем на звезду российской поп-сцены

Esquire
Жизнь после Marvel: как режиссеры «Мстителей» братья Руссо пришли к успеху — и что теперь собираются с этим делать Жизнь после Marvel: как режиссеры «Мстителей» братья Руссо пришли к успеху — и что теперь собираются с этим делать

Послушать Джо и Энтони Руссо, так они самые обычные парни из Кливленда

Esquire
Хирург без скальпеля Хирург без скальпеля

Встреча c одним из ведущих российских врачей, имя которого знают во всем мире

StarHit
Михаил Шац: «На YouTube гораздо больше искренности, чем в телевизоре» Михаил Шац: «На YouTube гораздо больше искренности, чем в телевизоре»

Шац вернулся на СТС после семилетнего перерыва с программой «Дело было вечером»

Esquire
Михаил Конев: Вечная память. Чему нас научил сериал «Чернобыль» Михаил Конев: Вечная память. Чему нас научил сериал «Чернобыль»

Почему нужно смотреть мини-сериал «Чернобыль»

СНОБ
Клоуны — серьезные и ранимые парни? Один день циркового клоуна в 2019 году Клоуны — серьезные и ранимые парни? Один день циркового клоуна в 2019 году

Интервью с представителем профессии, о которой мы стали забывать

Playboy
Шведская семья: второе поколение кроссовера Volvo XC60. Шведская семья: второе поколение кроссовера Volvo XC60.

Второе поколение кроссовера Volvo XC60 оказалось достойно похвалы

Forbes
Какая муха тебя укусила? Какая муха тебя укусила?

Как оказать себе помощь при укусе насекомых и какие симптомы должны насторожить

Лиза
Lada Granta Cross Lada Granta Cross

Маска, мы тебя знали как модель Lada Kalina Cross

Quattroruote
Плавники и турбины: расцвет и закат американского автомобильного барокко Плавники и турбины: расцвет и закат американского автомобильного барокко

Откуда на автомобилях взялись гигантские плавники и ракетные сопла?

Maxim
Сколько стоит освобождение от рабства, или неожиданная связь между детьми и шоколадом Сколько стоит освобождение от рабства, или неожиданная связь между детьми и шоколадом

Повышение цен на какао-бобы позволит избавиться от детского труда на плантациях

Forbes
Открыть в приложении