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
Экспресс-обзор: 7 удивительных поездов Экспресс-обзор: 7 удивительных поездов

Добраться из пункта А в пункт Б можно разными способами

Вокруг света
Возвращение чёрной смородины Возвращение чёрной смородины

История черной смородины в России

Наука и жизнь
Cosmo-истории: «Я переехала в Милан, и вот как изменились мои модные привычки» Cosmo-истории: «Я переехала в Милан, и вот как изменились мои модные привычки»

Диана Королева переехала в Милан и отказалась от натурального меха и шпилек

Cosmopolitan
Грязные танцы Грязные танцы

Год самоизоляции привел к буму в секс-технологиях

Men’s Health
Toyota Supra Toyota Supra

После долгих лет забвения японский спорткар вернулся во всей своей красе

Quattroruote
Мастера такуми Мастера такуми

Кого в Японии называют мастерами такуми

Популярная механика
Дотянуться до звезды Дотянуться до звезды

Странное поведение фанатов и пострадавшие от них звезды

StarHit
Что девушки берут с собой на пробежку? Фото средств самообороны, которые пугают Что девушки берут с собой на пробежку? Фото средств самообороны, которые пугают

Насколько пугающей может быть простая пробежка, если ты женщина

Playboy
Биткоин губит планету: «углеродный след» мирового майнинга равен выбросам крупного города Биткоин губит планету: «углеродный след» мирового майнинга равен выбросам крупного города

Криптовалютная индустрия способствует выбросам в атмосферу углекислого газа

Forbes
Как выбрать паяльник: советы для новичков Как выбрать паяльник: советы для новичков

Электрический паяльник — вещь действительно незаменимая в современном быту

CHIP
Дзен, дизайн и гастрономия: что делать в Хельсинки этим летом Дзен, дизайн и гастрономия: что делать в Хельсинки этим летом

Проводим выходные в финской столице

РБК
«Тинькофф» запустил голосового помощника со вспыльчивым характером «Тинькофф» запустил голосового помощника со вспыльчивым характером

«Тинькофф» запустил в эксплуатацию голосового помощника по имени «Олег»

Forbes
«Планы у нас грандиозные»: вторая женщина-миллиардер из России о выходе в Европу и ставке на малый бизнес «Планы у нас грандиозные»: вторая женщина-миллиардер из России о выходе в Европу и ставке на малый бизнес

В каких европейских странах Wildberries в этом году начнет работу

Forbes
«Уловка-22» — новый антивоенный сериал, который выглядит как комедия «Уловка-22» — новый антивоенный сериал, который выглядит как комедия

На сервисе Hulu вышел мини-сериал «Уловка-22» по роману Джозефа Хеллера

Популярная механика
Золотая долина Золотая долина

Наш маршрут начинался от железнодорожной станции Лужба

Наука и жизнь
Фабрика цифр. Как Росстат собирается стать полезным для бизнеса Фабрика цифр. Как Росстат собирается стать полезным для бизнеса

Росстат за последний год стал одним из самых критикуемых ведомств в стране

Forbes
Как на вулкане! Как на вулкане!

Первозданная красота балийской природы сливается с красотой Елены Чернявской

Maxim
Алкогений: Фрэнк Синатра Алкогений: Фрэнк Синатра

Фрэнк Синатра — классический счастливчик

Maxim
3 варианта идеального холостяцкого завтрака (5 минут и минимум усилий) 3 варианта идеального холостяцкого завтрака (5 минут и минимум усилий)

Колбаса, гречка, яйца — все, что вы любите

Playboy
Ложимся «на сохранение»: согласиться или отлежаться дома? Ложимся «на сохранение»: согласиться или отлежаться дома?

Почти у каждой будущей мамы возникает вопрос: может, остаться дома и отлежаться?

9 месяцев
Золото сделают более привлекательным для частных инвесторов Золото сделают более привлекательным для частных инвесторов

Сенаторы предлагают отменить НДС на золото в слитках

Forbes
«Вы уже показали, что не знаете УПК»: как Басманный суд арестовал первого фигуранта дела «Рольфа» «Вы уже показали, что не знаете УПК»: как Басманный суд арестовал первого фигуранта дела «Рольфа»

Анатолий Кайро как минимум до 25 августа пробудет под домашним арестом

Forbes
В ожидании худшего. Как вера в глобальное потепление помогает показывать доходность выше, чем S&P В ожидании худшего. Как вера в глобальное потепление помогает показывать доходность выше, чем S&P

На какие активы делает ставку основатель хедж-фонда Роберт Гиббинс

Forbes
«Незаметный рынок» на $50 млрд. За что придется заплатить после покупки произведения искусства «Незаметный рынок» на $50 млрд. За что придется заплатить после покупки произведения искусства

Купить произведение искусства — это только полдела

Forbes
Персональные, но большие: как новый закон изменит торговлю данными Персональные, но большие: как новый закон изменит торговлю данными

Помогут ли поправки в новом законе регулированию оборота больших данных

Forbes
Гамарджоба, Генацвале Гамарджоба, Генацвале

Грузия хороша вне зависимости от политических, экономических и прочих потрясений

АвтоМир
Царь в ударе Царь в ударе

Кит Харингтон отправился в реабилитационный центр

StarHit
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
Лето без проблем. 9 советов для будущих мам Лето без проблем. 9 советов для будущих мам

Это чудесное время года таит множество опасностей для беременной женщины

9 месяцев
Открыть в приложении