Организм — это самостоятельно существующая единица органического мира, представляющая собой саморегулирующуюся систему, реагирующую как единое целое на различные изменения внешней среды. Организм может существовать лишь при постоянном взаимодействии с окружающей его внешней средой и самообновляется в результате такого взаимодействия. Как подчеркивал И. М. Сеченов, «организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен».
Роль генетического кода и генома для становления и развития живого многоклеточного организма нельзя переоценить, но не удается отыскать источники и ссылки на то, как проявлялось и проявляется их влияние в этом направлении. Понятно, что все развитие происходило не само по себе, имела место этапность, стадийность, очередность приобретения свойств и функций, одним словом, эволюция шла своим чередом.
К сожалению, внятного описания и объяснения происходящих процессов найти не удалось. Похожая ситуация для меня имела место с дифференциацией клеток. Как из обыкновенной клетки при делении (они все одинаковы) синтезируются со временем специфические клетки: тканевые, костные, органов? Где и как это все записано? Как приводится в действие? Стволовые клетки как возникают, как проявляются?
Кроме отдельных органов в организмах существуют системы органов, а как они возникли? Утверждается, что легкие у земноводных млекопитающих животных возникли из парного плавательного пузыря рыб. И так практически про каждый орган нашего тела. Но как конкретно это происходило, не описано. Прослеживая развитие эмбриона, можно предположить, что зародыш проходит последовательно те же самые стадии в развитии, что и вид в целом. Но так ли это на самом деле? Что управляет синтезом органов, систем органов, организма в целом, как такое управление осуществляется? Если есть инструкция по синтезу, то, где она записана и храниться, как прочитывается?
Цель публикации в первую очередь образовательная, познавательная, популяризация науки, а также стремление привлечь в ряды исследователей, в науку приток новых молодых умов, вызвать в таких умах стремление к поиску ответов на возникающие вопросы. Масштабность темы требует ввести разумные ограничения на излагаемый материал после краткого панорамного её рассмотрения.
Этапы возникновения и развития жизни
Рассматриваются два этапа: 1-й химической эволюции и 2-й биологической эволюции.
Первый этап нами рассмотрен в статьях Клетка VI и Клетка VII о возникновении жизни. Он включает:
Образование агрегатов – длинноцепочечных, относительно стабильных полимеров.
Образование клеток.
Возникновение размножения, появление РНК и ДНК.
Второй этап включает:
Формирование гетеротрофных организмов, т.е. организмов, получающих питательные вещества из среды.
Формирование автотрофных организмов, т.е. организмов, способных к самостоятельному синтезу питательных веществ из неорганических соединений.
Появление растений, побочным продуктом жизнедеятельности которых был кислород.
Появились возможности дыхания.Появление животных и человека.
Организм — это живое существо, состоящее из отдельных клеток и выполняющее определенные функции внутри себя и взаимодействующее с окружающей средой. Ограничим наш обзор человеком.
Коротко о клетках.
В организме взрослого человека насчитывается около 30 триллионов (3×1013) человеческих клеток, и примерно такое же количество бактериальных клеток. Клетки человека классифицированы примерно на 300 типов клеток в зависимости от местоположения и функции в организме.
Список или карту всех клеток человека формировала, например, программа атласа биомолекул человека (HuBMAP), проекту удалось собрать 1551 образец из 17 коллекций. Но на карту был нанесен только 31 из более чем 70 органов человеческого организма.
Типы клеток и количество
Клетки, полученные главным образом из энтодермы (внутри) (35),
Клетки, полученные в основном из эктодермы (снаружи) (107),
Клетки, полученные главным образом из мезодермы (в середине) (92).
Для успешного функционирования организма в целом необходима отлаженная работа его клеток. Огромную роль практически во всех системах органов играют циклические процессы. Для примера здесь рассмотрим один из таких циклов – цикл Кребса.
Схема цикла кребса
Этот цикл реализуется в клетках животных и растений. Он является основным процессом, обеспечивающим клетку энергией в аэробных условиях. Кроме того, он соединяет воедино различные метаболические пути, поскольку его продукты являются биохимическими предшественниками многих жизненно важных веществ
Цикл Кребса – универсальный внутриклеточный многоступенчатый циклический процесс. Начальная реакция этого цикла – взаимодействие щавелевоуксусной кислоты с уксусной кислотой в форме ацетил-КоА с образованием лимонной кислоты и освобождением КоА. Далее происходит 4 дегидрирования (отщепление водорода) и 2 декарбоксилирования (отщепление СО2). Таким образом, двууглеродный остаток уксусной кислоты распадается с выделением СО2 и водорода.
Студентам для запоминания рекомендуется мнемонический стишок «Памятник Кребсу»
ЩУКу АЦЕТИЛЛИМОНил,но нарЦИСсА КОНь боялся, Он над ним ИЗОЛИМОННо АЛЬФА-КЕТОГЛУТАРался. СУКЦИНИЛся КОЭНЗИМом, НТАРился ФУМАРОВо,
ЯБЛОЧек припас на зиму, Обернулся ЩУКой снова.
Здесь последовательно зашифрованы субстраты реакций цикла трикарбоновых кислот:
ЩУК (щавелевоуксусная кислота) АЦЕТИЛ-коэнзим А ЛИМОНная кислота
ЦИСАКОНитовая кислота, ИЗОЛИМОННая кислота, АЛЬФА-КЕТОГЛУТАРовая кислота.
СУКЦИНИЛ-КОЭНЗИМ A, ЯНТАРная кислота, ФУМАРОВая кислота, ЯБЛОЧная кислота, ЩУК (щавелевоуксусная кислота)
Проблема междисциплинарного синтеза знаний о человеке обсуждается давно и широко, но приемлемых описаний возможных путей ее решения, как ни странно, встречается мало.
Физиология (от греч. «физис» – природа) – наука о функциях организма и отдельных его частей. Основная цель изучения организмов заключается в определении и объяснении того, как они функционируют, как адаптируются к различным условиям, включая изменения в окружающей среде.
Функции организма зависят от его видовой принадлежности и включают в
себя такие процессы, как метаболизм, рост и развитие, реакцию на изменения
окружающей среды, регуляцию внутренней среды, размножение, передачу генов и многие другие
Органы и ткани, образующиеся из зародышевых листков (слоев)
У большинства многоклеточных животных образуется три зародышевых листка: эктодерма (наружный), мезодерма (средний) и энтодерма (внутренний).
Зародышевые листки — слои тела многоклеточных животных на ранней стадии развития, первоначально состоят из одинаковых клеток бластулы (семь поколений 128 клеток).
Из каждого зародышевого листка формируется определенный перечень органов, характерный для всех животных. Ранее считалось, что клетки из разных зародышевых листков никак не могут переходить из одного листка в другой и смешиваться, однако сейчас накапливаются подтверждения обратного.
Например, при регенерации тела — восстановления целого организма из его части, отращивании поврежденных органов — некоторые животные могут восстанавливаться полностью из участка тела, где клеток одного из зародышевых листков нет.
Сложнейшие, далеко еще не полностью раскрытые законы вступают в действие по мере развития плода. До сих пор эмбриогенез млекопитающих животных и человека отражает их происхождение от яйцекладущих пресмыкающихся позвоночных.
Таблица 1 Количество генов, вовлеченных в развитие и функционирование некоторых органов Человека
Таблица 2 Заболевания, причина которых повреждение генов
Три зародышевых листка (лат. folia embryonalia): наружный — эктодерма, внутренний — энтодерма и средний — мезодерма. У всех животных из одного и того же зародышевого листка получаются одинаковые органы, т.е. основные системы органов имеют общее происхождение. Бла́стула (зародышевый пузырь, бластосфера) — это многоклеточный зародыш.
В настоящее время окончательно не установлено, каким образом из одной клетки (зиготы), а в дальнейшем из одинаковых зародышевых листков образуются совершенно различные по морфологии и функции клетки, а из них – ткани (из эктодермы образуются эпителиальные ткани, роговые чешуйки, нервные клетки и клетки глии).
Предположительно в данных превращениях играют ведущую роль генетические механизмы. Эктодерма делится на две части: (1) покровная эктодерма и (2) нейроэктодерма. Из покровной эктодермы образуется эпидермис, из нейроэктодермы — центральная нервная система. Явление дупликация, то есть удвоение всего генома, порождает копии генов.
Строение яйца — крохотной капельки жизни, составляющей одну единственную клетку, — с необычайной наглядностью доказывает нам происхождение многоклеточных животных от их одноклеточных предков.
К.Ф. Вольф (1733-1794) превращение ЗЛ куриного эмбриона в кишечную трубку
1817 X. Пандер (1794-1865) открытие факта образования трёх зародышевых листков
1893 Джулия Платт (Julia Platt) обнаружила, что некоторые хрящи жаберного аппарата позвоночных развиваются не из мезодермы, а из эктодермы дополнил это в 1940 Свен Хёрстадиус (Sven Hörstadius)
1827 К. М. Бэр детально изучил развитие цыпленка, открыл яйцеклетку млекопитающих и человека
1910 Ак. А. Н. Северцов. Он по способу эмбриогенеза воссоздал облик далекого предка семьи позвоночных.
1908 ак.В. М. Шимкевич меторизис - процесс изменения границы зародышевых листков
К.М. Бэр (1828-1837) 1-й признак дифференцировки зародыша-наличие 3-х листков
2001 Брайан Холл (Brian Keith Hall) ввел 4-й ЗЛ – нервный гребень
2011 Б. Жуков о единой схеме (плане) устройства всех животных.
Системы человеческого организма,органы человеческого тела
Совокупности органов, участвующих в выполнении какого-либо сложного акта деятельности, образуют анатомические или функциональные объединения — системы органов.
Признано, что любой живой организм обладает рядом общих для них свойств:
обменом веществ, т.е. способностью поглощать вещества из окружающей среды, перерабатывать и частично или полностью встраивать их в себя;
восприятием и обработкой информации, т.е. способностью реагировать на внешние раздражители произвольным изменением внутренних процессов;
возможностью размножаться, т.е. способностью воспроизводить себе подобные организмы;
развитием, т.е. способностью изменять с течением времени свой внешний вид, размеры и внутреннюю структуру.
Ниже приводятся перечни систем и органов человека, каждый из которых можно рассматривать отдельно на достаточно подробном уровне, но именно отдельно, а не во взаимодействии друг с другом. Но мне хотелось бы рассмотреть, как раз взаимодействие органов, и другие аспекты.
Система кровообращения/сердечно-сосудистая система
Состоит из сердца и кровеносных сосудов. Кровь циркулирует по всему телу через сердце, артерии и вены, доставляя кислород и питательные вещества к органам и клеткам и унося продукты их жизнедеятельности, а также поддерживая температуру тела в безопасном диапазоне
Сердце. Клетки нуждаются в снабжении их кислородом (особенно клетки мозга). Роль такого снабженца (насоса) в организме выполняет сердце. Очень высокие требования предъявляются такому насосу. Каждый час необходимо перекачивать до 350 литров, 8 тысяч литров ежедневно, три миллиона литров в год. Работа непрерывная и круглосуточная. Это в состоянии покоя. При нагрузке объем может возрастать в шесть раз.
Кислород поглощается митохондриями. Это энергетическая станция клеток. В типичной клетке насчитывается до тысячи митохондрий. Но в зависимости от типа клетки и ее потребности в кислороде, число митохондрий может сильно меняться. Митохондрии имеют собственные генетические программы, свой алфавит и словарь, считывают информацию и делятся по собственному расписанию. Организм очень зависит от их доброй воли.
Вся потребляемая нами пища и весь кислород после переработки поступает в митохондрии, где они превращаются в молекулу, называемую аденозинтрифосфат или АТФ.
Органы: Сердце, Артерия, Вена, Капиллярный, Лимфатическая система
Пищеварительная система/выделительная система
Эта система служит для поглощения питательных веществ и удаления отходов через желудочно-кишечный тракт, включая рот, пищевод, желудок и кишечник.
Пищеварительная система – система органов, осуществляющая механическую и химическую переработку пищи. Возникновение системы начиналось у червей со рта, глотки, кишки. Затем у круглых червей добавилась пищеварительная трубка, а у кольчатых червей рот, глотка, пищевод, желудок, кишечник, анальное отверстие. У моллюсков появляется печень, у рыб поджелудочная железа. У земноводных появляется двенадцатиперстная кишка, характерная для всех наземных позвоночных, затем выделяются тощая и подвздошная кишки, толстый кишечник и др. прямая кишка.
Органы: Рот; Зубы, Язык, Губы, Слюнные железы, Околоушные железы, Подчелюстные железы, Подъязычные железы; Глотка, Пищевод, Желудок, Тонкий кишечник, Двенадцатиперстная кишка, Тощая кишка, Подвздошная кишка; Толстый кишечник, Слепая кишка, Восходящая ободочная кишка, Поперечная ободочная кишка, Нисходящая ободочная кишка, Сигмовидная кишка; Прямая кишка, Печень, Желчный пузырь, Брыжейка, Поджелудочная железа, Анальный канал.
Эндокринная система
Железа – структура, выделяющая специфические вещества. Различают железы внешней – экзокринные, внутренней – эндокринные и смешанной секреции. Секрет экзокринных желез выделяется на поверхность тела или слизистых оболочек органов. Эндокринные железы выделяют продукты (гормоны) непосредственно в кровь или реже в лимфу. Система влияет на функцию организма с помощью гормонов. Гормоны делят на 4 группы:
пептидные и белковые (инсулин, глюкагон, соматотропин);
аминокислотные (адреналин, норадреналин, тироксин);
стероидные (эстрогены, андрогены, кортикостероиды);
жирные кислоты (простагландины).
Гормоны избирательно контролируют практически все процессы, идущие в организме. Они действуют только на те клетки, которые обладают специфическими рецепторами к данному гормону.
Органы: Гипофиз, Шишковидная железа, Щитовидная железа, Паращитовидные железы, Надпочечники, Половые железы, Поджелудочная железа;
Покровная система /экзокринная система
Система, которая включает в себя кожу, волосы, ногти, а также потовые и другие экзокринные железы. Молочные железы, Кожа, Подкожная клетчатка
Иммунная система/лимфатическая система
Иммунология – наука, изучающая специфические реакции организма, направленные на защиту собственной целостности и биологической индивидуальности. Иммунитет – способность организма защищать собственную целостность и биологическую индивидуальность.
Антиген – любой генетически чужеродный агент, попавший в организм и способный вызвать иммунный ответ. Система защищает организм от патогенов, которые могут нанести вред организму.
Органы иммунной системы (СК – стволовые клетки)
Система содержит сеть лимфатических сосудов, по которым проходит прозрачная жидкость, называемая лимфой.
Лимфатическая система; Лимфатический сосуд, Лимфатический узел, Костный мозг, Тимус, Селезенка, Лимфоидная ткань, связанная с кишечником, Миндалины, Междоузлие
Мышечная система
Ткань беспозвоночных и позвоночных животных, обладающая способностью возбуждаться и сокращаться, что приводит в движение различные органы тела. Гладкая мышца формирует стенки внутренних органов, кроме сердца, (она возникла первой в ходе эволюции).
Поперечнополосатая мышечная ткань впервые возникла у членистоногих; состоит из волокон до 10см длиной Особое место занимает сердечная мышца, которая состоит из поперечнополосатой мышечной ткани, но функционирует под контролем вегетативной нервной системы
Эта система органов, состоящая из скелетной, гладкой и сердечной мышц. Позволяет телу двигаться с помощью мышц. Управляется через нервную систему, хотя некоторые мышцы (такие как сердечная мышца) могут быть полностью автономными. Существует три различных типа мышц: скелетные мышцы, сердечные или сердечная мышца и гладкие (неполосатые) мышцы. Сухожилия.
Нервная система
Нервная система – осуществляет высшую нервную деятельность, связь организма с внешней средой через органы чувств, координирует условные и безусловные рефлексы, произвольные и непроизвольные движения, регулирует работу внутренних органов и постоянство внутренней среды организма. Это одна из важнейших регуляторных систем организма. Работает совместно с гормональной системой.
У позвоночных представлена центральной (головной и спинной мозг) и периферической нервной системой. Периферическая подразделяется на соматическую, управляющую скелетными мышцами, и вегетативную, управляющую гладкими мышцами и сердечной мышцей. Собирает и обрабатывает информацию, поступающую от органов чувств через нервы и мозг, и приказывает мышцам сокращаться, чтобы вызвать физические действия.
Центральная нервная система (ЦНС):
Органы: Мозг, Головной мозг, Полушария головного мозга, Промежуточный мозг или межмозговой, Таламус, Гипоталамус, Средний мозг, Мозжечок, Понс, Продолговатый мозг, Спинной мозг, желудочковая система, Сосудистое сплетение
Периферическая нервная система:
Органы:Нервы, Черепные нервы, Спинномозговой нерв, Ганглии, Кишечная нервная система
Система органов чувств. Сенсорные системы
Совокупность периферических и центральных образований, воспринимающих и анализирующих информацию. Периферические отделы представлены органами чувств, центральные – соответствующими нервными центрами головного мозга.
Схема функционирования сенсорной системы: раздражение воздействует на рецепторы сенсорного органа, где выполняется первичный анализ информации и по афферентному нерву поступает в соответствующий центр коры головного мозга (ассоциативные поля коры головного мозга). Там проводится основной анализ информации и определяется программа поведения, реализуемая через эффекторы (действия).
Далее оценивается результат действия, который поступает на вход рецептора сенсорного органа-инициатора.
Органы: Человеческий глаз; Роговица, Радужная оболочка (анатомия), Цилиарное тело, Хрусталик, Сетчатка; Ухо; Наружное ухо, Мочка уха, Барабанная перепонка, Среднее ухо, Косточки, Внутреннее ухо; Улитка, Преддверие уха, Полукружные каналы, Обонятельный эпителий, Язык, Вкусовые рецепторы;
Почечная система/мочевыделительная система
Система, в которой почки фильтруют кровь для выработки мочи и избавления от отходов жизнедеятельности. Почки парный орган бобовидной формы образован наружным корковым слоем и внутренним мозговым. Функциональная единица почки – нефрон, состоящий из капсулы Боумена–Шумлянского, расположенной в корковом слое и извитого канальца, расположенного в мозговом слое. Каждая почка содержит около миллиона нефронов.
Таким образом, в основе образования мочи лежат два процесса – фильтрация, т.е. механическое удержание крупномолекулярных веществ в крови, происходящее в капсулах нефронов, и реабсорбции, то есть обратное всасывание воды и растворенных в ней веществ из ультрафильтрата плазмы крови (первичной мочи), происходящая в канальцах.
Функционирование нефрона и образование мочи
Органы: Почки, Мочеточник, Мочевой пузырь, Мочеиспускательный канал;
Костная система
Суставы словно шарниры, соединяют кости в разных отделах скелета, обеспечивая их подвижность и выступая в качестве своеобразных амортизаторов. В теле человека около 300 суставов. Поверхность кости в области сочленения покрыта гладким упругим хрящом и заключена в плотную капсулу из соединительной ткани. Полость сустава заполнена синовиальной жидкостью, выполняющей роль смазки.
Кости поддерживают структуру тела и его органов.
Органы:Скелет, Суставы, Связки, Мышечная система, Сухожилия
Репродуктивная система
Таблица – Последовательность стадий развития зародыша человека (в сутках)
Особенность строения и этапность выведения половых продуктов
Органы: Репродуктивные органы, необходимые для производства потомства.
Внутренние репродуктивные органы женщин: Яичники, Фаллопиевы трубы, Матка, Шейка матки, Влагалище;
Внешние репродуктивные органы женщин: Вульва, Клитор, Половые губы;
Внутренние репродуктивные органы мужчин: Яички, Придаток яичка, Семявыносящий проток, Простата;
Внешние репродуктивные органы мужчин: Пенис, Головка, Мошонка.
Дыхательная система
Дыхание – физиологический процесс, при котором происходит расщепление органического вещества, усвоение кислорода, выделение углекислого газа и воды; осуществляется в митохондриях клеток. При этом высвобождается энергия, идущая на синтез АТФ. Дыхание включает этапы: поглощение кислорода из окружающей среды (внешнее дыхание), перенос кислорода внутри организма, тканевое или клеточное дыхание – включение кислорода в электронно-транспортную цепь в митохондриях.
У человека дыхательная система представлена верхними дыхательными путями (нос, гортань, трахея), легкими (бронхи, бронхиолы, альвеолы). В альвеолах происходит газообмен между воздухом и кровью, при этом поглощается кислород и выделяется углекислый газ.
Органы: Носовая полость, Глотка, Гортань, Трахея, Бронхи, Бронхиолы и более мелкие дыхательные пути, Легкие, Дыхательные мышцы
Кровеносная система переносит кислород к клеткам тела, где осуществляется внутреннее (тканевое) дыхание. В митохондриях клеток происходит усвоение кислорода. Углекислый газ поглощается кровью и выносится в альвеолы легких, затем выделяется в воздух при выдохе.
Воздух поступает в легкие и выходит из них для поглощения кислорода и удаления углекислого газа.
Сердце выполняет функцию насоса, перекачивающего кровь из вен в артерии, почки — функцию выделения из организма конечных продуктов обмена веществ и функцию поддержания постоянства концентрации электролитов в крови, костный мозг — функцию кроветворения и т. д.
Заключение
В статье рассмотрены вопросы, касающиеся устройства и функционирования организма человека, не включая мышление и психические явления (процессы).
Приводятся коротко сведения о клетках, которые ранее не рассматривались. Поясняется возникновение органов, тканей и систем из зародышевых листков.
К сожалению, ответа на вопросы почему и как это происходит - нет. Это область приложения новых усилий экспериментаторов и теоретиков. Нобелевские премии прольются обильным дождем на тех авторов, которые сумеют получить ответы на некоторые из поставленных вопросов.
Перечислены кратко системы человеческого организма и органы их образующие.
Литература
William A. Muñoz, Paul A. Trainor. Neural Crest Cell Evolution: How and When Did a Neural Crest Cell Become a Neural Crest Cell // Current Topics in Developmental Biology. 2015. V. 111. P. 3–26.
Организм по биологии: суть и значение
Что называют организмом в биологии?
Зародышевые листки. Волшебное зеркало. В недрах материнского организма
