Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ГИПОБИОЛОГИЯ

Угаров Гавриил Спиридонович,

8.1. Современное состояние понятия термина «Биологический нуль»

При охлаждении живых организмов у них наблюдается значительное подавление физиологических процессов, характеризующееся прекращением тех или иных функций, которые обычно обозначаются термином биологический нуль. При этом в настоящее время ботаники и специалисты, изучающие животный мир, в т. ч. и человека, пользуются каждый своим понятием биологического нуля.

Так, по J. Belehradek [348], биологический нуль – температура ткани, при которой обратимо прекращается ее специфическая деятельность. Биологический нуль, по Белерадеку, широко используется физиологами человека и животных, работающими в области гипотермии. Интересно отметить и особо подчеркнуть, что биологический нуль по такому определению различен не только для отдельных тканей одного и того же животного, но и различен у одной и той же ткани у различных видов животных. Например, угасание условно-рефлекторной деятельности мозга (читайте биологический нуль) происходит у крыс в пределах от 25 до 18 °С, а у собак – при 30–27 °С. Холодовой наркоз (обратимое подавление чувствительности и движений) у крыс развивается при температуре тела 15 °С, а у кроликов, кошек, собак – соответственно при 20, 24, около 26 °С у человека – при 31–25 °С. Реакция на болевые раздражения пропадает у крыс при температуре тела 16,5–13 °С, у кошек при 16 °С [168].

В табл. 8.1.1 приведены величины биологического нуля нервной деятельности у различных организмов. Как видно из таблицы, биологические нули даже по отношению к одним и тем же нервным функциям значительно разнятся в зависимости от вида животного. Как отмечает Е.В. Майстрах [168] «…учет величин биологического нуля вообще и нервной системы, в частности, имеет смысл только в том случае, если точно известны условия, в которых наблюдается подавление жизнедеятельности (вид животного, исходное состояние его нервной системы, в частности наличие наркоза, характеризуемого показателя, температура различных участков тела и пр.)» (с. 61).

Биологический нуль у животных чаще всего определяется после наркотизации, измеряется температура конкретной области тела, то есть, как правило, не у изолированных тканей.

Таблица 8.1.1

Биологические нули нервной системы у животных и человека. Данные разных авторов [169]

Е.В. Майстрах [169] предлагает еще так называемый «биологический нуль жизнедеятельности» у незимоспящих гомойотермов, наступающий при охлаждении тела и характеризующийся значительным снижением теплового содержания «ядра» и «оболочки» организма, при котором наблюдаются дискоординация и подавление физиологических функций, а также элементы холодового анабиоза.

Еще известен «биологический нуль развития» [334]. Биологическим нулем развития называют пороговую температуру, выше которой возможен процесс развития животного организма. Как пишет И.А. Шилов [334], «…общая закономерность влияния температуры на развитие организма выражается в виде термальной константы развития:

T∙(t – t0) = K,

где Т – продолжительность развития;

(t – t0) – эффективная температура

K – термальная константа развития, которая представляет собой сумму эффективных температур, необходимой для прохождения всех процессов развития данного вида.

Эффективными называют температуры, лежащие выше температуры биологического нуля развития. Автор подчеркивает, его «как положение «биологического нуля», так и сумма эффективных температур развития – величины, различающиеся у разных видов и в значительной степени, зависящие от типичного режима температур в естественных местообитаниях» (с. 91).

Следует отметить, что биологический нуль по Беларедеку да, по-видимому, и другие не могут быть непосредственно применены к растительным объектам, поэтому у ботаников биологическим нулем называется минимальная температура роста растений [151]. В табл. 8.1.2 приведены минимальные температуры роста, или биологические нули некоторых сельскохозяйственных культур в отдельные периоды онтогенеза.

Данные табл. 8.1.2 показывают разный биологический нуль, или разную минимальную температуру: для первоначального роста и формирования вегетативных органов – одну, для формирования репродуктивных органов – другую, а для плодоношения – третью. Биологические нули у различных видов растений также существенно разнятся. Особенно разница велика между видами, относящимися к теплолюбивым и холодоустойчивым растениям, и может достигать 10 и более градусов. Как утверждает А.И. Коровин [151, 152], для большинства сельскохозяйственных растений умеренной зоны биологический нуль находится при температуре +4 °С и исключения здесь не так уж велики.

Таким образом, в настоящее время нет понятия биологического нуля единого для всего многообразия тканей животного и растительного организмов, разумеется, и общего для всего живого. Совсем не случайно то, что этот важный термин не попал не только в энциклопедии (БСЭ, СХЭ, БМЭ и др.), но и в специальные справочники, включая медицинские и сельскохозяйственные. Нет его также и в словарях ботанических и биологических терминов и т. д. Сведения в Интернете также скудны.

Таблица 8.1.2

Биологические нули, или минимальные температуры роста разных сельскохозяйственных культур по отдельным периодам онтогенеза [151]

Как нам кажется, при постановке идеи и формулировке понятия биологического нуля, как со стороны зоологов, так и со стороны ботаников, были допущены методологические неточности. Это и стало основной причиной употребления многообещающего термина практически не по назначению. Какие это неточности?

Мир живых существ, согласно новой системе органического мира, которую признают многие ученые, состоит из 4 царств и 2 надцарств [283]:

А. Надцарство доядерных организмов (прокариоты) включает:

I. Царство дробянки, оно состоит из двух подцарств:

1. Подцарство бактерий. Кроме истинных бактерий к нему относятся актиномицеты, миксобактерии, спирохеты, микоплазмы, риккетсии, хламидии и, возможно, вирусы. Система подцарства бактерий все еще недостаточно разработана.

2. Подцарство цианей. В него входят сине-зеленые водоросли.

Б. Надцарство ядерных организмов (эукариоты).

II. Царство животных:

1. Подцарство простейших. К нему относятся животные, организмы которых состоят из одной клетки или из колоний одинаковых клеток.

2. Подцарство многоклеточных животных. В него входят остальные животные, состоящие из многих неодинаковых (специализированных клеток).

III. Царство грибов:

1. Подцарство миксомицетов (низшие грибы). К ним относятся грибы, вегетативная фаза которых состоит из плазмодия.

2. Подцарство грибов (высшие грибы). В него входят грибы, вегетативная фаза которых состоит из нитей (гиф) или клеток с ясно выраженной клеточной стенкой.

IV. Царство растений:

1. Подцарство низших растений. Растениям без эпидермы, устьиц и без проводящего цилиндра. В него входят водоросли, кроме синезеленых.

2. Подцарство высших растений. Растения с эпидермой, устьицами и большей частью со стелой.

Имеются, естественно, и другие классификации. Например, некоторые исследователи различает 5 царств организмов – прокариоты, протисты, грибы, растения и животные. Другие авторы обосновывают выделение еще одного царства. Это царство неклеточных организмов (вирусов риккетсии) [237, 266, 283].

Существующие определения биологического нуля сформулированы применительно к тканям животных и человека или даже к целостному растительному организму. Нетрудно заметить, что биологический нуль, если подойти к нему строго, не приложим к огромному миру низших растений, грибов и простейших животных организмов. Во-первых, как видно из приведенной системы органического мира, в число таковых попадает целое надцарство доядерных организмов – прокариоты (царство дробянки, включающее подцарство бактерий и подцарство цианей); из эукариотов: подцарство простейших, царство грибов целиком и подцарство низших растений. Очевидно, в данном случае, с методологической точки зрения было бы более целесообразным попытаться найти такую структурную единицу живого, характерную для всех или, хотя бы для подавляющего большинства его представителей, а не ориентироваться на сложные организации, присущие только высшим формам жизни.

Во-вторых, биологический нуль, как температура, должен быть постоянной величиной или константой, то есть единым для всех живых организмов. Это условие не выполняется в существующих определениях биологического нуля, и нуль колеблется в очень широких пределах (до 10 °С и более) у разных тканей у одного и того же вида животного и, естественно, у одной и той же ткани у разных видов. Такая же картина наблюдается и у растительных организмов.

Выбор биологического процесса, начало функционирования или конец которого принимается за температуру биологического нуля, особенно важен. В настоящее время в качестве критерия или индикатора этой точки принимаются такие интегральные показатели, как рост растений или обратимое подавление специфической деятельности тканей у животных. К сожалению, каждый из показателей не всегда может правильно служить в качестве такого критерия, в последнем случае, хотя бы только потому, что они в очень сильной степени зависимы от деятельности других тканей и органов, от которых они не изолированы.

Нормальная специфическая деятельность ткани в определенной степени возможна при взаимодействии ее с другими тканями организма, в идеале – в целостном организме. Кроме того функции тканей зависят от очень многих внутренних и внешних факторов, среди которых температура не всегда имеет доминирующее значение. Плюс ко всему имеются ткани, основная специфическая функция которых вряд ли существенно зависит от температуры. Мы имеем в виду механические ткани у растений и костную, хрящевую ткани у животных организмов и др.

Таким образом, есть все основания считать, что специфическая функция тканей не может служить тем универсальным биологическим процессом, который бы использовался без оговорок при определении биологического нуля.

Несколько слов о росте растений, как о процессе, начинающемся при температуре выше биологического нуля. Если подойти к этому определению строго научно, то речь здесь может идти только о меристемах, то есть специальных тканях, за счет деления растяжения и дифференцировки клеток которых, по существу, идет образование специализированных тканей и рост растений. Постоянные ткани, как правило, не делятся, значит, и не растут, а растения 80–90 % состоят из постоянных тканей.

Таким образом, можно заключить, что такие ткани, как основные, проводящие, выделительные, покровные, ассимилирующие, механические, которые составляют основную часть тела растительного организма, существующее определение биологического нуля вообще не затрагивает.

И наконец, биологический нуль – это фундаментальное понятие и он должен отражать этапы исторического развития органического мира, эволюцию приспособления живого к похолоданию климата Земли.

Из вышеприведенного материала можно заключить, что в настоящее время, термин биологический нуль используется не по назначению, а существующие определения имеют не общебиологический, а частный характер и полны внутренних противоречий.