С точки зрения современной физиологии и биофизики специфический ответ экстерорецепторов (т. е. органов чувств, расположенных на поверхности тела и воспринимающих раздражения, исходящие из внешней среды) на адекватный раздражитель происходит на субклеточном и молекулярном уровне их организации. Акт рецепции того или иного вида энергии внешней среды всегда начинается или сопровождается молекулярными перестройками специфических и неспецифических химических, биологически активных веществ, локализованных в определенных структурах рецепторных клеток. Здесь многие вопросы еще ждут своего исследования, но ряд довольно тонких механизмов уже детально исследуется биофизиками и физиологами. Можно предполагать, что само по себе знание структурных закономерностей построения рецепторов может быть полезным для бионика, а перенесение этих структур в технику может обогатить ее новыми идеями. Поэтому рассмотрим структуру рецептора, хотя и не настолько подробно, насколько это позволяет современная биология.

По характеру восприятия рецепторные клетки весьма разнообразны: одни рецепторы специализированы на контактное восприятие внешних раздражителей (например, механорецепторы кожи), другие на дистантное (например, фоторецепторы глаза).

Перейдем к обобщенному рассмотрению структурной организации одиночного рецептора.

Можно было бы привести много доводов в пользу анализа филогенеза и онтогенеза организма. Об этом неоднократно говорилось в связи с обсуждением различных идей бионики. Г. С. Альтшулер, сформулировав идею «палеобионики», исходит из предпосылки о целесообразности прочтения «томов патентной библиотеки» природы не с конца, а с самого начала. Иначе говоря, вместо того, чтобы рассматривать существующие в настоящее время виды животных как результат эволюции, не всегда понимая, откуда взялись те или иные структуры, следует обратиться к «первым томам», где зафиксированы начальные, предположительно более простые механизмы живых прототипов. К этому методу следует подходить критически, помня, что на Земле и в настоящее время обитает большое число животных, которые почти не изменились на протяжении сотен миллионов лет (например, медузы плавали в морях и в кембрийский период).

Эволюционный подход к различным сложным задачам», биологии всегда был характерен для отечественных биологов. В связи с темой данного раздела обратимся к работам ленинградского ученого Я. А. Винникова и его сотрудников, которые исходят из общего положения о том, что принцип рецепции является однозначным и что первоначально клетка (или праклетка, прарецептор) отвечала на все внешние воздействия универсально. Только в результате длительного эволюционного процесса, перестраиваясь структурно, химически и функционально, она научилась дифференцированно воспринимать определенные виды энергии внешней среды. Превращаясь в специализированные элементы, рецепторные клетки сохраняли ряд интересных структурных особенностей. В основе структуры рецепторного нейрона лежит видоизмененная клетка с подвижными волосками или жгутиками, которые выполняли еще у простейших локомоторную и рецепторную функцию. Лишь с усложнением организации животных эти функции разделились между нервной и мышечной системами.

Я. А. Винников убедительно показал, что снабженная жгутиками или ресничками (волосками) рецепторная клетка органов чувств животных и человека мало чем отличается от аналогичных рецепторных структур некоторых простейших. Таким образом, основным воспринимающим аппаратом во всех рецепторных клетках органов чувств позвоночных и беспозвоночных являются особые подвижные волоски (или их производные), которые можно рассматривать в качестве особых воспринимающих антенн. Эти антенны представляют собой структурную основу активного взаимодействия рецептора с внешней средой.

Привлекает внимание постоянство числа фибрилл субструктурной организации волосков, полученное на основании статистики по разным видам рецепторов, и конечно примечателен сам факт того, что самые разнообразные виды энергии внешней среды (акустическое поле, воздействие ароматических и вкусовых веществ, вибрация, гравитация и другие) воспринимаются при участии антенн со сходной структурой и сходным химизмом. В этом и состоит подтверждение тезиса об однозначности принципа рецепции. Он связан с постоянной динамикой антенны рецепторных клеток, активно вступающих во взаимодействие со стимулом и немедленно перерабатывающих полученную информацию так, что следующие вслед за этим возбуждения рецептора передаются в форме спайка (выброса) импульсов через синапсы (входные «контакты») прилегающих нейронов в центральную нервную систему. Правда, имеется различие в характере колебаний антенн, что предопределяет ряд дивергентных кардинальных отличий рецепторов двух анализаторов.

Филогенез и онтогенез позволяют проследить, каким образом рецепторные клетки разных органов чувств в процессе эволюции приобретают новые черты, связанные, по-видимому, с воздействием различного вида энергии внешней среды и обусловливающие возможность восприятия и переработки этой энергии для формирования адекватного информационного воздействия на центральную нервную систему.

Предыдущая глава: Биологические элементы системы – нейроны

Следующая глава: Структурное формирование рецепторов