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

«Позеленение» Арктики: как его оценить и о чём оно свидетельствует «Позеленение» Арктики: как его оценить и о чём оно свидетельствует

Как арктические экосистемы приспосабливаются к изменениям климатических условий

Наука и жизнь
Первая летняя ягода Первая летняя ягода

В первые недели июня в садах средней полосы России созревает жимолость

Наука и жизнь
Во всем мире Во всем мире

Скорость исчезновения ледников, трещины на Гренландии и права горы

Знание – сила
«Сейчас тряхнет». Что происходило на борту SSJ 100 перед катастрофой в Шереметьево «Сейчас тряхнет». Что происходило на борту SSJ 100 перед катастрофой в Шереметьево

Отчет о катастрофе Sukhoi Superjet 100 в аэропорту Шереметьево

Forbes
«Нецелесообразная» закупка «Нецелесообразная» закупка

Как и почему писатель и поэт Константин Симонов не смог купить автомобиль

Дилетант
Как ноут подключить к телевизору через Wi-Fi Как ноут подключить к телевизору через Wi-Fi

Подключение ноутбука к телевизору по Wi-Fi без проводов

CHIP
Кай Метов: «Иногда мне дарят продукты» Кай Метов: «Иногда мне дарят продукты»

Певец рассказал о поклонницах, вечеринках и как относится к этому новая девушка

StarHit
Тонкая и звонкая: 9 звезд с самой узкой талией Тонкая и звонкая: 9 звезд с самой узкой талией

Кто из звезд сегодня может похвастать самыми изящными изгибами

Cosmopolitan
98% россиян считают необходимым учить детей ответственному отношению к животным 98% россиян считают необходимым учить детей ответственному отношению к животным

О конференции, посвященной ответственному отношению к домашним животным

Cosmopolitan
Самый дорогой объектив по цене Kia Rio: Sony 600 mm F4 GM OSS Самый дорогой объектив по цене Kia Rio: Sony 600 mm F4 GM OSS

На что способен объектив почти за 1 млн рублей? Разбираемся в обзоре

CHIP
Порфайл: танцовщик и хореограф Владимир Варнава Порфайл: танцовщик и хореограф Владимир Варнава

Хореограф Владимир Варнава рассказал о танце в своей жизни и своей жизни в танце

Esquire
Альфа-банк и «Т Плюс» раскрыли суть претензий к Абызову на 34 млрд рублей Альфа-банк и «Т Плюс» раскрыли суть претензий к Абызову на 34 млрд рублей

Альфа-банк, «Т Плюс» и конкурсный кредитор требуют с Абызова 34 млрд рублей

Forbes
Самые лучшие скейтеры современности — от Найджи Хьюстона до Криса Джослина Самые лучшие скейтеры современности — от Найджи Хьюстона до Криса Джослина

Пора уже, наконец, познакомить тебя с самыми выдающимися доскерами планеты

Playboy
10 смартфонов среднего сегмента, за которые ты не переплачиваешь (и доволен) 10 смартфонов среднего сегмента, за которые ты не переплачиваешь (и доволен)

Здесь все: Alcatel, Samsung, Vivo и даже (!) Nokia

Playboy
Какой фотоаппарат выбрать начинающему фотографу в 2019 году? Какой фотоаппарат выбрать начинающему фотографу в 2019 году?

Теряетесь в параметрах, не знаете, что лучше: зеркалка или беззеркалка?

CHIP
#прохобби: ресторанный бизнес и рыбалка Сергея Миронова #прохобби: ресторанный бизнес и рыбалка Сергея Миронова

Владелец ресторанов «Мясо & Рыба» рассказал о ресторанном деле и своем увлечении

РБК
Сообщения вместо живого общения Сообщения вместо живого общения

Пять особенностей виртуального общения, которые нам сильно вредят

Лиза
Тест игровой гарнитуры Omen Mindframe: климат-контроль для ваших ушей Тест игровой гарнитуры Omen Mindframe: климат-контроль для ваших ушей

В пылу игровых баталий раскаляются и ваши уши

CHIP
11 самых ожидаемых фильмов июля: Спайдермен, Симба и паразиты 11 самых ожидаемых фильмов июля: Спайдермен, Симба и паразиты

Как Marvel переживет потерю Железного человека и Кэпа?

Playboy
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
Навальный узнал о квартирах на сотни миллионов рублей у семьи сотрудника ФСБ из статьи Голунова Навальный узнал о квартирах на сотни миллионов рублей у семьи сотрудника ФСБ из статьи Голунова

Фонд борьбы с коррупцией Алексея Навального опубликовал новое расследование

Forbes
Кто такой Дэниел Аршам — художник, оформивший показ Dior потрескавшимися инсталляциями Кто такой Дэниел Аршам — художник, оформивший показ Dior потрескавшимися инсталляциями

О связи Дэниела Аршама с театром и модой и о «разрушенной» коллаборации с Dior

Esquire
«Не стремлюсь быть в тренде» «Не стремлюсь быть в тренде»

Денис Клявер влюбился всерьез и купил все автомобили, о которых мечтал в юности

OK!
Звук в умном доме: современные решения и технологии Звук в умном доме: современные решения и технологии

Управлять голосом — закономерный шаг в развитии идей умного дома

Cosmopolitan
Свадьба не по правилам Свадьба не по правилам

Брачная церемония – серьезный рубеж в отношениях двоих

Psychologies
Последний Golf Последний Golf

Первый серийный электрический компакт от Volkswagen

Quattroruote
Ученые исследовали древний артефакт из обсидиана Ученые исследовали древний артефакт из обсидиана

Международная группа ученых исследовала древнее обсидиановое зеркало

Популярная механика
«Пол был круче меня». Билл Гейтс рассказал о Поле Аллене — человеке, изменившем его жизнь «Пол был круче меня». Билл Гейтс рассказал о Поле Аллене — человеке, изменившем его жизнь

Билл Гейтс рассказал, каким человеком был миллиардер Пол Аллен

Forbes
Учёные, ставшие фантастами: Айзек Азимов и Нил Стивенсон Учёные, ставшие фантастами: Айзек Азимов и Нил Стивенсон

На плечах этих титанов покоится вся современная научная фантастика

Популярная механика
Год удачных приобретений. Почему вина Бордо 2018 года для длительной выдержки? Год удачных приобретений. Почему вина Бордо 2018 года для длительной выдержки?

Как сезон контрастов отразился на винах Бордо

Forbes
Открыть в приложении