Главная страница

А. М. Теория адекватного питания и трофология. Л. Наука, 1991. 272 с. (Наука и технический прогресс). Книга


НазваниеА. М. Теория адекватного питания и трофология. Л. Наука, 1991. 272 с. (Наука и технический прогресс). Книга
АнкорUgolev_-_Teoria_adekvatnogo_pitania_i_trofologi.pdf
Дата07.10.2018
Размер3,9 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаUgolev_-_Teoria_adekvatnogo_pitania_i_trofologi.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипКнига
#55743
страница1 из 15
Каталогid192492530

С этим файлом связано 71 файл(ов). Среди них: 20. К вопросу о кровожадности крупного капитала..docx, 21. При ком из руководителей государства Вы бы предпочли жить.d, Рак шейки и тела матки.ppt.ppt, Опухоли яичников.ppt.ppt, Khronicheskiy_gastrit.pdf, Toxicheskie_lekarstvenny_alkogolny_toxicheskiy_gepatity.pdf, 26. Политико-экономическая ИСТОРИЯ СССР и России.docx, MedBooks-Medknigi_Lanshakov_V_A__Gyunter_V_YE_Plotkin_G_L_i_dr__, Skulte_V_I__Angliyskiy_dlya_malyshey_Metodicheskie_ukazania_i_kl и ещё 61 файл(а).
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

УДК 612.3+612.332.8+612.386+576.12
Уголев А.М. Теория адекватного питания и трофология. - Л.: Наука,
1991. 272 с. - (Наука и технический прогресс).
Книга посвящена фундаментальным и прикладным аспектам проблем питания и ассимиляции пищи. В рамках новой междисциплинарной науки трофологии сформулированы основные постулаты теории адекватного питания, в которую классическая теория сбалансированного питания входит как важная составная часть. Охарактеризованы основные потоки, поступающие из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, эндоэкология и ее главные физиологические функции, роль кишечной гормональной системы в жизнедеятельности организма, общие эффекты этой системы и ее роль в развитии специфического динамического действия пищи. Рассмотрены происхождение жизни, возникновение клеток, трофических цепей и т.д. в свете трофологии, а также ее некоторые биологические аспекты.
Показано, что трофологический подход плодотворен для понимания процессов ассимиляции пищевых веществ на всех уровнях организации живых систем, а также для биологии в целом, равно как и для некоторых общих проблем профилактической и клинической медицины. Книга предназначена для широкого круга подготовленных читателей, интересы которых включают биологические, технологические, гуманистические, экологические, медицинские и другие проблемы питания и пищеварения. Библиогр. 311 назв. Ил. 30. Табл. 26.
Ответственный редактор - доктор биологических наук Н.Н. Иезуитова
Рецензенты: доктор медицинских наук проф. А.И. Клиорин доктор медицинских наук проф. В.Г. Кассиль
Редактор издательства Н.В. Натарова
1910000000-624
У
042(02)-91 730-91, I
ISBN 5-02-025911-Х
© А.М. Уголев, 1991
© Редакционная подготовка, оформление - Издательство «Наука». 1991

2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одна из важнейших задач книги - рассмотреть ряд проблем, решение которых может быть найдено лишь после фундаментальных исследований на человеке и животных. К числу таких проблем следует отнести, прежде всего, проблемы пищи и питания. Именно в проблеме питания, быть может, больше, чем где бы то ни было, интегрированы этика и наука, добро и зло, знания и загадки.
Вместе с тем нельзя забывать и тот общеизвестный факт, что и недостаток, и изобилие пищи относятся к могущественнейшим факторам, действующим не только в природных условиях, но и в условиях развитых цивилизованных обществ. Еще со времен Гиппократа пищу сравнивали с наиболее мощным лекарством. Однако неправильное употребление такого лекарства, как и любого другого, может привести к драматическим последствиям.
Одна из целей книги заключается также в том, чтобы показать истинное место питания в феномене жизни на Земле и в той части биосферы, которая связана с жизнью человека. В этом случае надо обратить внимание на поиски дальнейших путей развития проблемы питания, что стало возможным после новых революционных достижений второй половины XX в. в биологии и в науках, на которые она опирается.
Важно иметь в виду гуманистическую сторону проблемы питания, в которой принято, что человек - вершина трофической пирамиды. Такая пирамида, как это понятно, отражает логическое развитие общих представлений и идей гуманизма, сформировавшихся в эпоху Возрождения, когда человек помещался в центр мироздания. Такие представления, давшие человечеству столь много, в то же время привели к идее победы человека над природой и в конечном итоге к экологической катастрофе, на грани которой оказался мир. В этой книге, как и в предшествующей
(Уголев, 1987а), мы пытаемся показать, что с естественно-научной точки зрения представления о трофической пирамиде не обоснованы.
В действительности человек, будучи носителем ноосферных признаков, в трофическом отношении является одним из звеньев сложной замкнутой системы круговоротов в биосфере с ее трофическими связями. С точки зрения объективного наблюдателя, более правильной представляется идея гармонизма человека и окружающего мира, которая становится все более популярной по мере углубления понимания его сущности. Преимущества идеи гармонизма перед антропоцентрическим подходом особенно видны при анализе пищи будущего и в связи с необходимостью включения пищи человека в трофические цепи биосферы.

3
Основное внимание, в сущности, уделено двум теориям питания — классической теории сбалансированного питания и новой развивающейся теории адекватного питания, их характеристике, сопоставлению и анализу плодотворности применения к решению важнейших теоретических и прикладных аспектов проблемы питания. При этом питание рассматривается как одна из тех функций, которая объединяет животных и человека. В связи с этим появилась возможность от антропоцентрического решения проблемы перейти к построению новой теории адекватного питания. В отличие от классической эта теория характеризуется биологическими, и в особенности эволюционными, подходами к рассмотрению проблем, связанных с питанием, как человека, так и живых организмов всех типов на всех уровнях организации и экологической специализации.
В книге делается попытка представить систематизированную аргументацию контуров новой теории адекватного питания, которая идет на смену классической теории сбалансированного питания. Как бы ни была привлекательна новая теория, она не может развиваться лишь под влиянием практических импульсов и должна иметь надежный естественнонаучный фундамент.
Таким фундаментом может служить трофология. Достижения в области биологии и медицины за последние десятилетия, открытие неизвестных ранее закономерностей и важные обобщения дают основания считать, что формируется новая наука, названная нами трофологией, которая, подобно экологии, является междисциплинарной. Это наука о пище, питании, трофических связях и всей совокупности процессов ассимиляции пищи на всех уровнях организации живых систем
(от клеточного до биосферного).
Трофологический подход, обоснования и преимущества которого приведены ниже, дает возможность в рамках трофологии не просто уточнить классическую теорию питания человека, но и развить значительно более широкую теорию адекватного питания.
Очевидно, что рассмотрение классической и новой теорий питания с позиций новой биологии требует, прежде всего, изложения сути самой трофологии. Это и определило структуру книги.
В небольшой по объему книге нет возможности дать детальный анализ не только трофологии, но и теории адекватного питания. Попытаемся обсудить их самые существенные аспекты в наиболее общей и одновременно определенной форме. Для этого рассмотрены, в частности, механизмы ассимиляции пищи. В связи с этим, прежде всего, охарактеризованы фундаментальные и прикладные аспекты трофологии. Затем на примере истории науки о питании продемонстрировано, как опасны, а иногда и трагичны были те этапы, когда осуществлялось интенсивное решение

4 прикладных задач без достаточного понимания уровня организации живых систем на основе фундаментальных наук. Для этого освещены основные постулаты и следствия современной классической теории сбалансированного питания, ее достоинства и недостатки, а затем в сжатой форме формирующаяся в настоящее время теория адекватного питания, новые тенденции в этой области и т.д.
Следует заметить, что антропоцентричность — один из недостатков классической теории питания и многих других теорий. Действительно, теория должна базироваться на закономерностях, которые характерны, по крайней мере, для многих, если не для всех, живых организмов. Так, мы уже давно обращали внимание на общность основных механизмов ассимиляции пищи (в частности, механизмов гидролиза и транспорта) у всех организмов. Вот почему эволюционный подход к вопросам питания, который является одним из главных отличий теории адекватного питания от классической теории, кажется особенно важным.
В книге в сжатой форме освещены как теоретические, так и прикладные аспекты теории адекватного питания. Эта теория может быть полезной для новых решений ряда важных современных задач, связанных с оптимизацией питания. Например, одной из важнейших задач XX в. являлась реализация идей синтетической пищи и прямого
(парентерального) питания, как об этом незадолго до своей смерти писал великий французский химик
П.-Э.-М.
Бертло.
Возникает вопрос, осуществимы ли идеи, касающиеся создания и использования синтетической пищи, а также парентерального питания? Можно и нужно ли реализовать их? Ответы на эти вопросы, имеющие огромную научную и практическую значимость, может дать теория адекватного питания. Выводы относительно невозможности использования улучшенной или идеальной пищи, вытекающие из этой теории, находятся в противоречии с рекомендациями классической теории. Мы постараемся показать, что, по крайней мере, гармонический человек должен сохранить развитый желудочно-кишечный тракт как орган, обеспечивающий не только извлечение определенных нутриентов, но и ряд биологических процессов, имеющих жизненно важное значение. К ним относятся продукция гормонов, трансформация ряда биологически активных веществ и т.д.
Как отмечено выше, в последние десятилетия представления о механизмах ассимиляции пищи и, следовательно, об их биологическом и экологическом значении претерпели кардинальные изменения. В частности, установлено, что существенную роль в питании не только человека и животных определенных групп, но и всех высших организмов играет их эндоэкология, т.е. определенным образом организованная внутренняя

5 кишечная (или энтеральная) среда и населяющие ее организмы, главным образом микроорганизмы.
В настоящее время продемонстрировано, что у высших организмов происходит не только извлечение из пищевых продуктов некоторой полезной части, но их трансформация и обогащение под влиянием бактериальной флоры. В результате этого неутилизируемые пищевые продукты превращаются в активную, обладающую рядом уникальных свойств, часть пищи. Оказалось, что те вещества, которые ранее считались балластом, имеют чрезвычайно важное значение в жизнедеятельности организма. Эти вещества, к которым относятся преимущественно пищевые волокна, в ходе эволюции включились в обмен. Специальный анализ показал, что снижение доли пищевых волокон в рационе провоцирует различные заболевания. Интересно, что еще Авиценна обращал внимание на необходимость питания хлебом и кашами из цельного зерна, овощами и фруктами, содержащими пищевые волокна. Это свидетельствует о близости идей великого врача древнего
Востока и многих современных исследователей.
Меняются также представления о механизмах и значении барьерных
(защитных) функций желудочно-кишечного тракта, что имеет значение для понимания и дальнейшего развития физиологии питания и новой теории адекватного питания.
Нельзя не сказать о витальной роли регуляторных веществ в функционировании не только пищеварительной системы, но и организма в целом, что учитывается в теории адекватного питания, но не принимается к сведению в теории сбалансированного питания. Классическая теория исходила из представлений о существовании лишь одного потока, направленного из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, — потока полезных пищевых веществ, или нутриентов. В отличие от этого новая теория рассматривает, кроме нутритивного, несколько потоков, к которым относятся поток регуляторных
(гормональных) соединений, потоки бактериальных метаболитов и токсических соединений, образующихся благодаря деятельности микрофлоры пищеварительного аппарата и поступающих с загрязненной пищей или из загрязненной внешней среды.
В книге охарактеризованы кишечная гормональная система, ее общие эффекты, в том числе влияние на специфическое динамическое действие пищи и регуляцию потребления пищи.
При рассмотрении прикладных аспектов теории адекватного питания особое внимание уделено молочному питанию, питанию новорожденных, концепции культуры питания как части трофической культуры. Следует заметить, что молочное питание интерпретируется как способ сохранения

6 трофических связей матери и потомства.
Интересно, что помимо млекопитающих молоко продуцируют птицы ряда видов. Обращает на себя внимание сходство химического состава молока млекопитающих и птиц.
В книге даны также некоторые представления об эволюционных аспектах трофологии, освещены происхождение жизни на
Земле, возникновение клеток и трофических цепей. Трофологический подход плодотворен для понимания не только процессов, протекающих в живых системах различной сложности, но и биологии в целом, медицины, экологии, питания и т.д.
В заключение следует отметить, что книга состоит из ряда логически связанных глав. В то же время каждая глава сама по себе является отдельным очерком, или эссе. В связи с этим читатель в разных главах увидит сходные высказывания и мысли. Этот прием был необходим для того, чтобы все взаимосвязанные главы книги в то же время представляли собой самостоятельные очерки, каждый из которых может привлечь внимание читателя рассматриваемым там аспектом общей проблемы питания.
Наконец, читателю представляется возможность сделать собственный выбор между двумя теориями питания, которые разделены, не только уровнен знаний, но и разной аксиоматикой. Это приводит к совершенно различным выводам и практическим действиям врачей, специалистов в области сельского хозяйства и пищевых технологий, химиков, экологов, а также специалистов, так или иначе связанных с разработкой теоретических или прикладных проблем трофологии.

7
ГЛАВА 1
ТРОФОЛОГИЯ - НОВАЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ НАУКА
1.1.
Вводные замечания
В предисловии отмечено, что основная цель данной книги заключается в попытке охарактеризовать и сопоставить две теории питания - классическую (теория сбалансированного питания) и новую (теория адекватного питания), а также оценить в той мере, в какой это возможно, будущее этих теорий, особенно в связи с решением ряда важных теоретических и прикладных аспектов проблемы питания. Однако прежде всего следует познакомиться с комплексом проблем и наук, на базе которых строится новая теория питания. Необходимо сразу же заметить, что до самого последнего времени науку о питании и теорию питания принято рассматривать как результат приложения различных биологических наук к решению задач питания человека.
Сравнительно недавно параллельно развитию новой теории адекватного питания стала формироваться и новая мультидисциплинарная наука о процессах ассимиляции пищи и трофических взаимоотношениях на всех уровнях организации живых, или биологических, систем - трофология.
Трофология и является той наукой, в рамках которой целесообразно рассматривать как теории питания, так и другие теории, касающиеся процессов ассимиляции пищи и их особенностей.
Как известно, жизнь на всех уровнях организации связана с расходом веществ и энергии. Поэтому первое необходимое условие продолжительного существования биологических систем любого иерархического уровня и развития жизни в целом - поступление извне веществ, обеспечивающих энергетические и пластические потребности этих систем. Совокупность процессов, связанных с поступлением и усвоением пищевых веществ, принято обозначать как питание в широком смысле этого слова; оно включает в себя добывание пищи, ее поглощение, переработку (т.е. пищеварение, или превращение в ассимилируемую форму), всасывание, или транспорт, ассимилируемых веществ в клетки и внутреннюю среду организма. (Вслед за этим следует комплекс процессов, объединяемых под названием «интермедиарный обмен», с его многочисленными транспортными, синтетическими, катаболическими и другими трансформациями).
В результате прогресса биологических наук стало возможным охарактеризовать некоторые общие закономерности питания на всех уровнях организации биологических систем
- от клеточного до популяционного и биосферного, включая эволюционные и экологические аспекты.
Все это привело к формированию новых фундаментальных

8 концепций и позволило нам, начиная с 1980 г., сформулировать основные положения трофологии.
Для формирования этой науки существенное значение имеет развитие проблем, связанных с питанием. Их решение требует нетрадиционных подходов к проблемам пищи, питания и обмена веществ. Уже сейчас с помощью трофологии можно преодолеть многие трудности, которые возникают за счет различных подходов, неидентичности оценок и экспериментальных приемов, используемых в разных науках при изучении трофических процессов.
Новые науки рождаются тогда, когда состояние научных знаний и методов позволяет вскрыть фундаментальную общность явлений и процессов, которые по своей природе ранее казались далекими друг от друга и были предметом исследования различных наук. Для формирования трофологии решающим оказался ряд важных открытий, К их числу относятся открытие мембранного пищеварения и доказательства универсальности этого механизма как главного в реализации промежуточных и заключительных стадий гидролиза всех основных групп пищевых веществ и в переходе к транспорту, открытие лизосомального пищеварения, а также различных типов транспорта, непищеварительных эффектов кишечной гормональной системы и др. Благодаря этим открытиям была установлена общность закономерностей организации и функционирования систем, обеспечивающих поглощение и ассимиляцию пищи организмами всех пяти царств: бактериями, грибами, простейшими, растениями и животными (в том числе человеком). При этом оказалось, что все многообразие процессов питания и ассимиляции пищи в мире живых существ может быть сведено к нескольким фундаментальным механизмам, которые будут охарактеризованы ниже.
Трофология в настоящее время переживает период становления. Тем не менее ее большое теоретическое и прикладное значение очевидно уже сейчас.
1.2.
Предмет и задачи трофологии
Предметом трофологии являются общие закономерности ассимиляции жизненно необходимых пищевых веществ на всех уровнях организации биологических систем - от уровня клетки, органа, организма до популяций, биоценозов и биосферы в целом. Несмотря на фантастическую разницу в масштабах явлений, происходящих на клеточном и биосферном уровнях, многие закономерности ассимиляции пищи универсальны.
Трофология так или иначе затрагивает ряд областей знаний: трофику клеток и тканей, гастроэнтерологию, науку о питании и в том числе

9 диететику. Тесно связаны с ней иммунология, микробиология, экология, ассимиляторные аспекты почти всех биологических и медицинских, а также многих химических и технологических наук, определенные научные проблемы сельского хозяйства, многие пограничные проблемы (например, физиология аппетита, трофические функции нервной системы и гормонов и т.д.) и др. Иными словами, трофология объединяет многие звенья единой ассимиляторной цепи, искусственно разорванной и разделенной между различными областями знаний.
Перед трофологией стоят проблемы большого теоретического и прикладного значения.
К числу теоретических проблем относятся механизмы ассимиляции пищевых веществ, механизмы распределения и перераспределения этих веществ в пределах организма и одной клетки, взаимоотношения и регуляция трофических связей в биоценозах, механизмы передачи пищевых веществ вдоль трофических цепей, роль трофических процессов в циркуляции веществ в биоценозах и биосфере, трофические аспекты эволюции видов, биоценозов и биосферы в целом. Наконец, проблемы трофики являются одной из центральных в загадке происхождения жизни.
В свою очередь трофология дает принципиально новые возможности для решения прикладных задач.
К прикладным проблемам трофологии, являющимся первоочередными в современной науке, относятся проблемы идеальной пищи и оптимального (или по крайней мере рационального) питания в реальных условиях; разработка новых критериев для технологий, связанных с производством и хранением пищи; защита и сохранение естественных трофических экосистем на основе трофологического анализа; согласование естественных и производственных пищевых технологий; управление трофическими циклами в отдельных биоценозах и биосфере в целом как для защиты природы, так и для повышения пищевой продуктивности естественных и искусственных систем; создание эффективных и рациональных трофических связей в искусственных
(в том числе замкнутых) экосистемах, в микробиосферах и других системах, и т.д.
Следует отметить, что трофология в известной мере уже сейчас способна дать более точный, чем ранее, ответ на вопрос, какой должна быть пища человека с учетом сформировавшихся в ходе эволюции особенностей трофических процессов в его организме, а также какой должна быть пища животных различных видов. Трофологический анализ создает более надежные критерии для формирования оптимальных аграрных и промышленных пищевых технологий.

10
Трофология, как многие новые науки, базируется не на одном, а на многих различных методических подходах, включающих в себя биологические, химические, физические, математические и др. Однако подобно, например экологии, трофология имеет и только ей одной присущий подход. Так, специфика экологического подхода в конечном итоге заключается в сопоставлении свойств определенной биологической системы (организма, популяции) со средой, в которой живет данный организм или популяция. Точно также трофологический подход включает соотнесение свойств пищевых веществ и трофических процессов на всех уровнях организации биологических систем
(от клеточного до биосферного) с их значением в обеспечении энергетических и пластических потребностей анализируемой системы.
(Более подробно трофология освещена в ряде наших сводок: Уголев, 1980, 1983, 1984а,
1984б, 1985, 1986а, 1987а, 1987б).
Важно заметить, что именно трофологический подход позволил сформулировать основные постулаты формируемой в настоящее время теории адекватного питания (см. гл.3). Как упомянуто выше, первоначально наука о питании развивалась в свете теории и практики питания человека.
Такой антропоцентрический подход в определенной мере характерен для античной теории питания, а также для сформированной в течение XVIII-XX вв. классической теории сбалансированного питания
(см. гл.2). Эта теория и сегодня служит основой для теоретических построений и практических действий в области медицинских и биологических наук, а также в их применении к здоровому и больному человеку. Однако открытие общих закономерностей ассимиляции пищи, одинаково справедливых и для наиболее примитивных, и для наиболее высокоразвитых организмов, способствовало появлению новой эволюционно аргументированной теории адекватного питания, пригодной для анализа ассимиляторных процессов у всех организмов.
При этом теория адекватного питания включает теорию сбалансированного питания как важную составную часть.
Наконец, следует сказать несколько слов об ауторегуляции потребления пищи. Потребление и ассимиляция нутриентов из окружающей среды (в том числе транспорт, утилизация, деградация, выведение продуктов распада и т.д.) даже самыми примитивными организмами, как будет показано ниже, - чрезвычайно сложный процесс, который находится под контролем регулирующих механизмов данной системы. Большинство групп организмов имеет весьма сложные способы регулирования потребления пищи, особенно животные, активно разыскивающие, выбирающие и поглощающие пищевые вещества. Нередко это требует особых форм

11 поведения и наличия различных систем сигнализации. Эти вопросы выходят далеко за пределы данной главы и книги в целом, однако они являются важной частью трофологии как науки.
1.3.
Общность фундаментальных процессов ассимиляции пищи
Итак, формирование трофологии стало возможным благодаря достижениям ряда современных наук, после того как было продемонстрировано, что все разнообразие известных в биологии трофических процессов на микро-, макро- и мегауровнях сводится к некоторым общим закономерностям, которые будут рассмотрены ниже.
Забегая вперед, следует сказать, что процессы питания базируются на двух фундаментальных принципах - принципе универсальности строительных блоков и принципе универсальности функциональных блоков (см. 1.4).
Лишь благодаря этому возможно построение трофических цепей. Таким образом, имеет место сложнейшая интеграция отдельных явлений и свойств природы в грандиозный комплекс, именуемый биосферой в целом, с его большим биотическим круговоротом.
Рис.1.1. Основные типы пищеварения (по: Уголев, 1985).
А - внеклеточное дистантное пищеварение;
Б внутриклеточное цитоплазматическое пищеварение;
В - внутриклеточное везикулярное, или внеплазматическое, пищеварение, связанное с эндоцитозами (пино- и фагоцитозом);
Г - мембранное пищеварение.
1 - внеклеточная среда; 2 - внутриклеточная среда; 3 - внутриклеточная пищеварительная вакуоль; 4 - лизосома; 5 - ядро; 6 - мембрана; 7 - ферменты; 8 -субстраты и продукты их гидролиза.
Как отмечено выше, успехи молекулярной биологии, мембранологии, цитологии, физиологии и биохимии позволили установить общие закономерности строения и функционирования систем, обеспечивающих ассимиляцию пищи всеми без исключения группами организмов: бактериями,

12 грибами, простейшими, растениями и животными (обзоры: Уголев, 1983,
1985, 1987а, 1989, 1990). Это относится как к экзотрофии - утилизации пищевых веществ, поступающих из окружающей среды, так и к эндотрофии - утилизации веществ, содержащихся в депо или структурах различных клеток, т.е. к использованию внутренних ресурсов организма.
Экзо- и эндотрофия включают два фундаментальных этапа. Первый из них - собственно пищеварение, или деполимеризация (трансформация) пищевых веществ, в результате чего разрушаются крупные молекулы и надмолекулярные комплексы пищи и образуются транспортируемые и метаболизируемые формы. Второй - транспорт этих веществ, а также других, которые поступают во внутреннюю среду организма без предварительной обработки в пищеварительной системе или в отдельных клетках. Все разнообразие процессов деполимеризации пищи у всех живых организмов - от бактерий до млекопитающих, как стало известно в конце
50-х годов, сводится к трем основным типам пищеварения: внеклеточному, внутриклеточному и мембранному (рис.1.1). Важно, что эти три типа пищеварения являются основными как при экзо-, так и при эндотрофии.
Детальная характеристика мембранного и других основных типов пищеварения представлена во многих сводках, в том числе и наших
(Уголев, 1963, 1967, 1972, 1985; Мембранный гидролиз..., 1986;
Membrane digestion..., 1989).
1.3.1. Внеклеточное пищеварение
Этот тип пищеварения характеризуется тем, что синтезированные в клетке ферменты выделяются за ее пределы во внеклеточную среду, где реализуется их гидролитический эффект. При внеклеточном пищеварении ферменты растворены в водной фазе и их распределение определяется законами теплового движения. В связи с этим возможна любая ориентация активных центров ферментов по отношению к субстратам, а структурная организация ферментных систем ограничена или невозможна. Растворенные в водной фазе ферменты атакуют поглощенные организмом субстраты, разрушая, в частности, крупные молекулы и надмолекулярные агрегаты, и обеспечивают главным образом начальные этапы пищеварения. Внеклеточное пищеварение обнаружено у всех организмов, включая бактерий. У человека и высших животных этот тип пищеварения называется полостным, так как реализуется в специальных полостях - ротовой полости, полостях желудка и тонкой кишки. В тонкой кишке высших организмов полостное пищеварение сочетается с мембранным и иногда внутриклеточным.

13 1.3.2. Внутриклеточное пищеварение
Под внутриклеточным пищеварением понимаются все случаи, когда нерасщепленный или частично расщепленный субстрат проникает внутрь клетки, где подвергается гидролизу не выделяемыми за ее пределы ферментами. Внутриклеточное пищеварение может быть разделено на два подтипа - молекулярный и везикулярный. Молекулярное внутриклеточное пищеварение характеризуется тем, что ферменты, находящиеся в цитоплазме, гидролизуют проникающие в клетку небольшие молекулы субстрата, главным образом димеры и олигомеры, причем проникают такие молекулы пассивно или активно. Например, с помощью специальных транспортных систем, активно, переносятся через клеточную мембрану дисахариды и дипептиды у бактерий. Допускается, что и у высших организмов, в частности у млекопитающих, некоторые дипептиды могут активно транспортироваться внутрь кишечных клеток - энтероцитов. Если внутриклеточное пищеварение происходит в специальных вакуолях, или везикулах, которые образуются в результате эндоцитоза (пиноцитоза или фагоцитоза), то оно определяется как везикулярное, или эндоцитозное.
При везикулярном внутриклеточном пищеварении эндоцитозного типа происходит впячивание определенного участка (участков) мембраны вместе с поглощаемым веществом. Далее этот участок постепенно отделяется от мембраны, и образуется внутриклеточная везикулярная структура. Как правило, такая везикула сливается с лизосомой, содержащей широкий спектр гидролитических ферментов, действующих на все основные компоненты пищи. В образовавшейся новой структуре - фагосоме и происходят гидролиз поступивших субстратов и последующее всасывание образующихся продуктов.
Непереваренные остатки фагосомы обычно выбрасываются за пределы клетки путем экзоцитоза. Таким образом, внутриклеточное пищеварение
- это механизм, за счет которого реализуется не только переваривание, но и поглощение клеткой пищевых веществ, в том числе крупных молекул и надмолекулярных структур.
Внутриклеточное пищеварение лимитировано проницаемостью мембраны и процессами эндоцитоза. Последние характеризуются низкой скоростью и, по-видимому, не могут играть существенной роли в обеспечении нутритивных потребностей высших организмов. Как мы обратили внимание еще в
1967 г.
(Уголев,
1967), с точки зрения энзимологии внутриклеточное пищеварение везикулярного типа представляет собой сочетание микрополостного и мембранного пищеварения. Везикулярное внутриклеточное пищеварение выявлено у всех типов животных - от простейших до млекопитающих (особенно большую роль оно играет у низших животных), а молекулярное - у всех групп организмов.

14 1.3.3. Мембранное пищеварение
Мембранное пищеварение происходит на границе внеклеточной и внутриклеточной сред и обладает некоторыми особенностями как внеклеточного, так и внутриклеточного пищеварения.
Этот тип пищеварения обнаружен у всех организмов.
Рис.1.2. Схема последовательных конформационных взаимодействий ферментной и транспортной частей функционирующего ферментно- транспортного комплекса (по: Уголев, 1985).
1 - субстрат; 2 - продукт; 3 - трансмембранный фермент;
4 - транспортная система; 5 - мембрана.
У человека и высших животных мембранное пищеварение реализуется преимущественно в тонкой кишке ферментами, связанными со структурами мембраны кишечных клеток. К этим ферментам относятся: 1) ферменты, секретируемые клетками поджелудочной железы и адсорбированные на поверхности кишечных клеток, главным образом в гликокаликсе; 2) собственно кишечные ферменты, которые синтезируются в самих кишечных клетках и затем встраиваются в их апикальную мембрану. Активные центры ферментов, осуществляющих мембранное пищеварение, обращены в полость тонкой кишки, т.е. ориентированы определенным образом по отношению к мембране и водной фазе. Этим мембранное пищеварение существенно отличается от полостного и внутриклеточного типов переваривания.
Мембранное пищеварение малоэффективно по отношению к крупным молекулам и тем более надмолекулярным агрегатам. Панкреатические ферменты, адсорбированные на структурах кишечной слизистой оболочки, реализуют преимущественно промежуточные стадии гидролиза пищевых веществ
(углеводов, белков, жиров, витаминов и т.д.), мембранные
- преимущественно заключительные стадии их расщепления.
Мембранное пищеварение также интегрировано с процессами полостного переваривания и всасывания. Более того, собственно кишечные ферменты и транспортные системы мембраны могут образовывать ферментно-транспортные комплексы,

15 благодаря которым продукты гидролиза получают преимущества при всасывании (рис.1.2).
1.3.4. Схема реального усвоения пищевых веществ
В конце
50-х годов после открытия мембранного пищеварения классическая двухзвенная схема ассимиляции пищевых веществ
(внеклеточное пищеварение-всасывание) была заменена трехзвенной
(внеклеточное пищеварение-мембранное пищеварение-всасывание).
Внутриклеточное везикулярное пищеварение, присущее преимущественно низшим организмам, у человека и высших животных играет важную роль, в частности на самых ранних этапах постнатального развития млекопитающих
(Уголев и др.,
1979; обзор:
Henning,
1987).
Внутриклеточное молекулярное пищеварение у человека и высших животных служит, по- видимому, дополнительным механизмом гидролиза ди- и трипептидов
(обзоры: Gardner, 1984, 1988).
Для высших организмов наиболее характерна комбинация полостного и мембранного пищеварения, между которыми существует сложная функциональная зависимость, так как конечные продукты первого служат субстратом для второго (рис.1.3). Крупные молекулы субстратов остаются в полости тонкой кишки и там гидролизуются главным образом ферментами, секретируемыми клетками поджелудочной железы.
Относительная роль полостного пищеварения тем больше, чем крупнее молекулы пищевых веществ, а относительная роль мембранного гидролиза увеличивается по мере уменьшения размеров молекул. При определенных условиях мембранное пищеварение становится доминирующим механизмом, что, в частности, наблюдается в тонкой кишке млекопитающих в период их молочного питания, а также у некоторых кишечных паразитов.
Благодаря анализу особенностей питания разнообразных организмов стало ясно, что все три перечисленные типа пищеварения существуют на всех уровнях эволюционной лестницы - от бактерий до млекопитающих.
Однако в зависимости от ряда причин, в том числе от типов питания, может доминировать один из них. Все многообразие пищеварительных механизмов обусловлено сочетанием трех основных типов пищеварения.
Предполагается, что они возникли на ранних стадиях формирования жизни на основе механизмов, обеспечивающих эндогенное питание. Из двух разновидностей внутриклеточного пищеварения
(молекулярного и везикулярного) последний появился лишь у эукариотов и представляет собой, как упомянуто выше, комбинацию микрополостного и мембранного пищеварения.

16
Следует заметить, что у некоторых насекомых первая стадия пищеварения протекает не только вне пищеварительной полости, но даже за пределами организма. Однако это только кажущееся противоречие. Хотя такие насекомые начинают переваривать свою жертву еще до поглощения, вводя свои ферменты в ее тело, ясно, что это - определенная модификация внеклеточного полостного пищеварения. Существуют и еще кажущиеся исключения.
Так, многие кишечные паразиты потеряли способность секретировать пищеварительные ферменты.
Однако внеклеточное пищеварение у них происходит за счет ферментов хозяина.
Более того, у ряда паразитов часто адсорбируются ферменты хозяина для реализации промежуточных этапов мембранного пищеварения
(обзоры:
Уголев, 1985; Уголев и др., 1985).
Рис.1.3. Схема взаимодействий между полостным и мембранным пищеварением (по: Уголев и др., 1983).
А - последовательная деполимеризация пищевых субстратов в полости и на поверхности тонкой кишки; Б - фрагмент липопротеиновой мембраны с адсорбированными и собственно кишечными трансмембранными ферментами. M
- мембрана; MB - микроворсинки; Га - апикальный гликокаликс; Гл - латеральный гликокаликс; С
1
- C
3
- субстраты; Фп -панкреатические ферменты; Фм - мембранные ферменты; T - транспортная система мембраны;
P - регуляторные центры ферментов; К - каталитические центры ферментов; НЭ - неэнзиматические факторы.

17
В большинстве случаев усвоение пищевых веществ требует участия симбионтов - бактерий и простейших (см. 1.3.5). Таким путем ряду организмов удалось приспособиться к потреблению целлюлозы, шерсти, хитина и других материалов, не гидролизуемых собственными ферментами.
Однако и здесь взаимодействуют известные типы пищеварения у макроорганизма и его симбионтов.
1.3.5. Симбионтное пищеварение и питание
Особое место среди других механизмов переваривания пищи занимает симбионтное пищеварение, т.е. пищеварение за счет микроорганизмов желудочно-кишечного тракта. Оно присуще почти всем многоклеточным организмам и отчетливо проявляется у растительноядных жвачных.
Симбионтное пищеварение характерно и для других животных, подобных истинным жвачным, например для верблюда, ламы и др. Этот тип пищеварения широко распространен также у беспозвоночных, например у насекомых. Симбионтное пищеварение подробно охарактеризовано в ряде капитальных обзоров
(Prosser,
Brown,
1967;
Сравнительная физиология..., 1977; Schmidt-Nielsen, 1982; Martin, 1989; Williams,
1989, и др.).
Как правило, пищеварительный тракт макроорганизма заселен бактериями и простейшими, которые частично или полностью снабжают организм хозяина необходимыми органическими веществами, в том числе витаминами, незаменимыми аминокислотами и др. Симбионтами некоторых животных, например, моллюсков, актиний, кораллов, могут быть также водоросли - зооксантеллы и зоохлореллы, поставляющие пищевые вещества хозяину. Интересно, что у хищных насекомых симбионты отсутствуют, тогда как у тех, кто потребляет сок растений, симбионтное пищеварение играет весьма важную роль.
Анализ различных форм и модификаций симбионтного пищеварения позволил выделить в нем два фундаментальных биологических механизма:
1) первичные пищевые вещества разрушаются ферментами бактерий и простейших, а образующиеся продукты гидролиза используются преимущественно организмом хозяина; 2) бактерии и простейшие не только разрушают первичные пищевые продукты, но и утилизируют их, тогда как хозяин поглощает вторичную пищу, состоящую из структур симбионтов.
Первый механизм точнее было бы назвать симбионтным пищеварением, а второй — симбионтным питанием в сочетании с симбионтным пищеварением.
Животные со специализированными симбионтами, способными использовать метан и серу, оказались в начале трофической цепи в биологических изолятах на дне океанов, где наблюдалась высокая вулканическая

18 активность. В этом случае существуют выходы метана или сероводорода, которые служат внешними источниками энергии подобно свету.
Симбионтные взаимодействия широки и разнообразны.
Например, приспособление жвачных к использованию грубых растительных кормов во всех случаях связано с действием на эти субстраты симбионтов. Можно не считать преувеличением, что существование таких организмов в основном базируется на использовании симбионтных процессов.
При рассмотрении симбионтных питания и пищеварения взаимодействия бактериальной флоры и организма-хозяина анализируются обычно на примере человека и высших животных, преимущественно жвачных. Однако для понимания механизмов питания и пищеварения в естественных условиях, а также для формирования новых оптимальных искусственных условий целесообразно анализировать весь круг явлений, известных среди организмов. Нутритивные симбиозы известны уже у простейших, в которые вселяются бактерии и некоторые водоросли, обеспечивающие их продуктами фотосинтеза. Среди многоклеточных организмов уже у кишечнополостных обнаруживаются зоохлореллы и зооксантеллы, синтезирующие углеводы и снабжающие организм хозяина дополнительным кислородом.
Организмы, содержащие симбионты, более устойчивы к пищевому голоданию и недостатку кислорода. Можно думать, что во многих случаях быстрота адаптации и, следовательно, возможность изменения трофической ниши связаны не только, а иногда и не столько с изменением пищеварительных характеристик самого хозяина, сколько с изменением ферментных характеристик микрофлоры, населяющей желудочно-кишечный тракт (см. гл.3). Много ярких примеров этому мы видим у насекомых.
Так, питание шерстью или шелком зависит от формирования специфической кишечной флоры и по своему механизму является адаптацией на уровне бактериальной флоры. Следовательно, необходима разгадка того, каким образом организм хозяина культивирует нужный тип микрофлоры и затем передает потомству иногда чистую или почти чистую и хорошо стабилизированную культуру бактерий.
Более того, образование экзотических трофических ниш и заполнение трофических пустот также в ряде случаев связаны с приобретением и культивированием соответствующих симбионтов.
Нельзя исключить, что в составе нормальной флоры желудочно- кишечного тракта всегда присутствуют
«случайные» загрязняющие бактерии, способные утилизировать и расщеплять нехарактерные для данной популяции пищевые субстраты. Таким путем, вероятно, происходят эволюция питания и приспособление организмов к новым трофическим нишам.
Кроме того, у многоклеточных организмов в пределах

19 пищеварительного аппарата могут существовать своеобразные трофические цепи, что обеспечивает многие важнейшие эволюционные и экологические перестройки. Например, термиты, питающиеся преимущественно древесиной, обеспечивают свои потребности в белке за счет включения в кишечную флору азотфиксирующих бактерий. По-видимому, благодаря присутствию в желудочно-кишечном тракте азотфиксирующих бактерий действительно возможны подлинная фиксация атмосферного азота и включение его в биологический цикл, минуя промежуточные звенья растительной трофической цепи. Этот пример является многообещающим и демонстрирует недостаточно изученную, но исключительно важную сторону эволюции процессов питания и пищеварения в животном мире.
1.3.6. Индуцированный аутолиз
Ранее нами было высказано предположение о важной роли, так называемого индуцированного аутолиза в ассимиляции пищи. Согласно нашей гипотезе, этот тип пищеварения, при котором объект питания в естественных условиях обеспечивает собственное переваривание и усвоение, является наиболее древним механизмом начальной переработки пищевых веществ у многоклеточных организмов. Индуцированный аутолиз реализуется собственными ферментами пищевого объекта, а пищеварительные ферменты хозяина создают благоприятные условия для их действия. Однако до последнего времени считалось, что аутолиз играет незначительную роль в общем пищеварительном процессе, так как начальные этапы пищеварения осуществляются в основном в полости желудочно-кишечного тракта высших организмов секретируемыми ферментами хозяина, а промежуточные и заключительный - в результате мембранного пищеварения.
Таким образом, было важно установить относительную роль ферментов хозяина и пищевого объекта в начальных этапах гидролиза пищевых веществ при питании в естественных условиях. Особенно трудно было интерпретировать питание хищников, у которых происходит переваривание больших порций мяса, из-за чего отношение поверхность/масса мало и невыгодно для ферментов желудочного сока, действующих на поверхности пищевого объекта.
Индуцированный аутолиз был обнаружен нами около 20 лет назад, но описан лишь в 1984 г. (Уголев, Цветкова, 1984). (Детально этот механизм освещен также в обзорах:
Уголев,
1985,
1987а.)
При индуцированном аутолизе жертва, или, шире говоря, объект питания, обеспечивает свое собственное переваривание.
Так, например, происходит, если удав заглатывает кролика. До последнего времени было

20 неясно, каким образом проглоченная целиком жертва переваривается удавом. Действительно, поверхность контакта жертвы с ферментами желудочного сока хищника сравнительно мала, так как пищевой объект не раздроблен. Оказалось, однако, что раньше, чем ферменты хищника гидролизуют структуры жертвы, начиная с ее поверхности, организм этой жертвы будет аутолизироваться за счет индуцированного аутолиза.
Индуцированный аутолиз был исследован нами в модельных экспериментах, названных «маленький искусственный удав». В прозрачную камеру, заполненную желудочным соком человека, лошади или собаки, помещались «сырая» лягушка и лягушка после недолгой термической обработки. В первые несколько часов гидролиз сухожилий термически обработанной лягушки шел быстрее, чем
«сырой», что служило подтверждением общепринятых взглядов. Однако в последующие 2-3 дня
«сырая» лягушка полностью растворялась, тогда как структуры термически обработанной лягушки в значительной мере сохранялись. Таким образом, в этих экспериментах наряду с доказательством существования индуцированного аутолиза было продемонстрировано, что нативные белки гидролизуются быстрее денатурированных.
В дальнейшем мы детально исследовали механизм переваривания нативных тканей желудочным соком.
Выяснилось, что суть этого механизма состоит в следующем. Кислый желудочный сок хищника индуцирует самопереваривание жертвы ее же ферментами. Под действием этого сока происходят разрушение лизосом и выход в клетку многочисленных лизосомальных гидролаз, разрушающих все структуры клетки при pH 3.5-5.5.
Итак, организм-ассимилятор индуцирует расщепление структур пищевого объекта ферментами последнего, активируя их и создавая оптимальные условия среды, в том числе pH.
В соответствии с классическими представлениями о механизмах переваривания пищевого объекта, ферменты пищеварительных соков осуществляют свой эффект только поверхностно. Скорость диффузии гидролаз внутрь пищевого объекта даже при низком диффузионном сопротивлении мембраны лимитирована их сравнительно большой молекулярной массой, тогда как скорость диффузии протона примерно на 3-4 порядка больше. При выходе гидролаз из лизосом под влиянием сдвига pH возникает множество центров гидролиза в каждой клетке (рис.1.4), что создает практически тотальное расщепление ткани. Следует добавить, что в кислых секретах организма- ассимилятора содержатся главным образом протеазы, тогда как ферментный спектр лизосом практически универсален.

21
Рис.1.4. Упрошенная концептуальная схема внутриклеточных процессов при индуцированном аутолизе (по: Уголев, 1985).
А - клетка с субклеточными органеллами (светлые кружки - лизосомы);
Б – проникновение индукторов (H
+
, детергентов и т.д.) в клетку;
В, Г - выход лизосомальных ферментов в цитоплазму при действии индукторов и лизис клеточных структур (при подходящих условиях).
Однако в ассимилируемых объектах имеются также структуры
(например, белки соединительной ткани, жировые депо, в тканях растений
- полисахаридные депо), лишенные лизосом и не подвергающиеся индуцированному аутолизу.
Следовательно, можно предположить, что ферменты пищеварительных соков (гидролазы, расщепляющие белки, пиры и углеводы) особенно важны для утилизации указанных структур с высокой скоростью.
По-видимому, индуцированный аутолиз существует ни только у плотоядных, но и у растительноядных животных.
Например, при использовании травоядными свежих кормов расщепление пищи отчасти обусловлено ферментами, находящимися в клетках растений. Некоторое значение в гидролизе пищевых веществ в желудочно-кишечном тракте новорожденных детей могут иметь гидролитические ферменты материнского молока. Наконец, «созревание» мяса, по-видимому, есть не что иное, как частичный аутолиз, который можно рассматривать как некоторый элемент пищеварительного процесса.
Примеры индуцированного аутолиза обнаружены также среди низших животных, в частности у простейших и плоских червей. После захвата пищевого объекта происходит образование новых вакуолей, или везикул, обладающих кислой реакцией. Хотя кислая фаза переваривания в этих случаях была интерпретирована как выполняющая лишь денатурацию структур пищевого материала, представленные данные свидетельствуют о возможности значительного расщепления нищи в результате индуцированного аутолиза. В соответствии с этой гипотезой кислая среда пищеварительных везикул приводит к активации лизосомальных ферментов двумя путями: 1) увеличивая проницаемость мембран лизосом; 2) создавая

22 адекватные условия для действия лизосомальных ферментов, которые активны в слабокислой среде. Следовательно, возможен не только протеолиз, но и расщепление множества других пищевых веществ.
Можно думать, что представления об индуцированном аутолизе позволяют глубже понять механизмы естественного переваривания пищи, ее легкое усвоение без термической обработки и, наконец, то обстоятельство, что индуцированный аутолиз - это важное и древнее приспособление последовательных партнеров в трофической цепи.
1.3.7. Транспорт
Основные концепции транспорта пищевых веществ через клеточные мембраны, клеточные слои и межклеточные пути охарактеризованы в ряде фундаментальных обзоров (Никольский, 1977; Елецкий, Цибулевский, 1979;
Levin,
1979;
Crane et al.,
1980;
Hoshi,
Himukai,
1982;
Pharmacology..., 1984; Уголев, 1985, 1987a; Мембранный гидролиз...,
1986; Semenza, Corcelli, 1986; Alpers, 1987; Hopfer, 1987; Shiau,
1987; Molecular basis..., 1988; Evans, Graham, 1989, и др.).
Долгое время доминировало представление об исключительном разнообразии механизмов транспорта у различных организмов. Тем более удивительно, что, как оказалось, у организмов, стоящих на разных уровнях эволюционной лестницы, механизмы трансмембранного и трансцеллюлярного транспорта пищевых веществ идентичны или сходны. Это сходство выражается прежде всего в общих принципах построения и функционирования транспортных систем клеточной мембраны. Среди них общий источник энергии для активного транспорта - АТФ; наличие высокоспецифических связывающих и транспортирующих белков; сопряженность избирательного трансмембранного переноса глюкозы и аминокислот с переносом ионов натрия или протонов; идентичность механизмов действия некоторых активаторов и ингибиторов на транспортные системы далеких друг от друга видов организмов, и т.д.
Важно, что у всех групп многоклеточных организмов, и даже у Protozoa и, наконец, в ряде случаев у прокариотов, обнаружена идентичность систем переноса пищевых веществ через мембраны клеток или через клеточные слои (рис.1.5).
Согласно современным представлениям, существует два типа транспорта
- макромолекулярный и микромолекулярный.
Под первым подразумевается перенос крупных молекул и надмолекулярных комплексов.
Этот тип транспорта в большинстве случаев осуществляется с помощью эндоцитоза и обеспечивает, например, проникновение небольших, но значимых для организма количеств белка через кишечный барьер

23 млекопитающих. Однако основным типом транспорта пищевых веществ у всех организмов, по-видимому, является микромолекулярный, в результате которого через клеточную мембрану переносятся преимущественно мономеры
(различные ионы, глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты и другие молекулы), а также олигомеры с небольшой молекулярной массой.
Например, у высших организмов углеводы транспортируются через плазматическую мембрану кишечных клеток в основном в виде моносахаридов (глюкозы, галактозы, фруктозы и т.д.), белки - в виде аминокислот, жиры - в виде жирных кислот и глицерина.
Рис.1.5. Схема структурных и функциональных компартментов кишечной слизистой (по: Смирнов, Уголев, 1981).
А - структура компартментов; Б - потоки веществ; В -потоки воды.
Через мембрану клеток вещества проникают за счет пассивного транспорта, облегченной диффузии и активного транспорта. Пассивный транспорт объединяет в себе процессы диффузии и осмоса. Облегченная диффузия осуществляется особыми переносчиками, или транспортерами, - специфическими белковыми молекулами, которые облегчают проникновение субстратов через липопротеиновую мембрану клетки без затраты энергии.
Активный транспорт
- это процесс проникновения веществ через плазматическую мембрану клетки против электрохимического градиента. В этом процессе, требующем затраты энергии, участвуют специальные транспортные системы, которые функционируют по типу мобильных

24 переносчиков, конформационных переносчиков или, что встречается наиболее часто, каналов (обзор: Hopfer, 1987, и др.).
Имеются серьезные основания полагать, что существует особый транспортный механизм, названный нами «подвижная адсорбция», который был рассмотрен в нескольких наших работах, начиная с 1967 г. (Уголев,
1967). Такая адсорбция осуществляется благодаря движению молекул по активным поверхностям и центрам по градиенту концентраций, который может создаваться различными путями: за счет транспортных систем, локализованных в определенных точках и активно переносящих вещество из одного компартмента в другой, или с помощью ферментных систем, трансформирующих это вещество. Мы полагаем, что такой механизм можно было бы назвать транссорбцией.
Все перечисленные механизмы справедливы для организмов, стоящих на разных уровнях развития: от примитивных прокариотов до высших эукариотов.
1.4.
Универсальность строительных и функциональных блоков на различных уровнях организации биологических систем как условие динамического и трофического единства биосферы
Длительное существование биосферы как динамической системы невозможно без циркуляции веществ и энергии, включающей в себя в качестве обязательного компонента трофические цепи. Существование последних и перенос материалов, синтезированных первичными продуцентами, возможны лишь благодаря общности основных ассимиляторных механизмов.
Их сущность стала понятна сравнительно недавно в результате достижений новой биологии, хотя важность и грандиозность процессов циркуляции веществ в биосфере были очевидны уже давно. Как бы ни были сложны и разнообразны трофические цепи, переход от одного звена к другому сводится к разборке, т.е. деполимеризации, материалов предшествующего звена на некоторые простые элементы, а затем к их реконструкции (ресинтезу) в структуры собственного организма.
Однако сейчас становится все более ясным, что перенос биомассы вдоль трофических цепей возможен не только благодаря идентичности во всей биосфере строительных блоков (моносахаридов, аминокислот и т.д.), но и благодаря единству биосферы на уровне универсальных функциональных блоков. Важность этих двух принципов настолько велика для понимания феномена жизни в целой и ее составляющих, что необходимо сказать о них несколько слов.
Поразительное разнообразие живых систем сочетается с единством всех известных до настоящего времени организмов на уровне строительных блоков, из которых они сложены. В биологии прошлого века такое

25 единство рассматривалось на уровне клеточных структур организмов.
Однако существует большое сходство живых систем и на уровне субклеточных органелл.
Успехи современных химии и молекулярной биологии позволили утверждать, что единство таких систем проявляется также на молекулярном уровне - на уровне строительных и на уровне функциональных блоков. Под строительными блоками, как отмечено выше, подразумеваются такие простые органические молекулы, как аминокислоты, моносахариды и т.д., из которых состоят макромолекулы.
Под функциональными блоками имеются в виду макромолекулы и макромолекулярные комплексы, выполняющие элементарные физиологические функции.
Действительно, свойства ассимиляторных механизмов на макромолекулярном уровне поражают своим единообразием. Так, например, пищеварительные гидролазы чрезвычайно близки по своей молекулярной структуре (включая организацию активного каталитического центра) не только у Metazoa и Protozoa, но и у эукариотов и прокариотов. Близки или идентичны принципы построения трансмембранного переноса пищевых веществ у представителей всех царств живого. При этом механизмы, обнаруженные у наиболее примитивных форм, так же совершенны, как у растений и высших животных.
Интересно, что сложная система хранения, передачи и трансформации информации в конечном итоге связана с изменениями комбинаций лишь 4 азотистых оснований в нуклеиновых кислотах. Далее, все клеточные структуры и функции, осуществляемые клетками, обусловлены комбинациями
20 аминокислот. Можно было бы предположить, что указанное количество аминокислот возникло на ранних стадиях биогенеза и удерживалось до настоящего времени благодаря стабилизирующему действию естественного отбора. Однако подобная точка зрения должна быть отброшена, так как экспериментальная проверка условий начального биогенеза показала, что первоначально существовало более 100 аминокислот и в ходе эволюции сохранились лишь некоторые из них. Почему это произошло? Точного ответа пока дать нельзя. Ясно лишь, что трофические цепи возможны при условии, если составные части всех элементов цепи будут хорошо скоординированы. Недостаток каких-либо незаменимых аминокислот должен приводить к гибели (быстрой или медленной) популяций, составляющих следующее звено трофической цепи. Лишь достаточно хорошее соответствие строительных блоков во всех звеньях цепи может обеспечить эффективное функционирование трофических цепей в биосфере. По всей вероятности, те первичные организмы, которые частично или полностью были сконструированы из других строительных блоков, не могли эффективно

26 включаться в доминирующие трофические цепи биосферы и элиминировались в результате естественного отбора. Возможно, по этой же причине не развились и погибли системы, состоящие из правовращающих аминокислот.
Однако «трофологическая» гипотеза организации биологических систем и биосферы в целом требует не только единства на уровне строительных блоков, но и единства всех типов химических связей в полимерах.
Единство структуры пищевых полимеров явилось основой сходства, а иногда и идентичности механизмов, реализующих их ассимиляцию у различных типов живых систем. (Подробно концепция универсальных функциональных блоков охарактеризована нами в обзорах: Уголев, 1983,
1985, 1987а, 1989, 1990, а ее клинические аспекты в работе: Ивашкин и др., 1990).
1.5.
Популяционные, экологические и эволюционные проблемы трофологии.
Биосфера как трофосфера
С деятельностью живых систем связана та часть поверхности Земли, которая объединена под названием биосферы. Биосфера, являющаяся самой крупной экосистемой, представляет собой открытую систему, т.е. получает и отдает энергию. Поток энергии направлен в одну сторону, причем часть поступающей солнечной энергии трансформируется в органическое вещество, а большая часть деградирует. Энергия может накапливаться, а затем снова освобождаться и экспортироваться. В отличие от энергии пищевые вещества, в том числе витальные биогенные элементы
(углерод, азот, фосфор и т.д.) и вода, используются многократно (обзор: Odum, 1986).
Ежегодно фотосинтезирующие организмы продуцируют до 10 17
т (около
100 млрд. т) органического вещества.
За это же время весьма значительное количество вещества разрушается и превращается в углекислый газ и воду в результате дыхания растений (Vallentyne,
1962). Предполагается, что преобладаиие органического синтеза над дыханием явилось главной причиной уменьшения содержания углекислого газа в атмосфере и накопления в ней кислорода, уровень которого в настоящее время достаточно высок. Именно это и способствовало эволюции и развитию высших форм жизни на Земле (обзор: Odum, 1986).

27
Рис.1.6. Модель потока энергии, показывающая связь между пастбищной и детритной трофическими цепями (по: Odum, 1986).
I - пастбищная трофическая цепь; II - детритная трофическая цепь.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

перейти в каталог файлов
связь с админом