§ 54 Человек как живой организм
Глядя в глубь тысячелетий настолько, насколько мы можем проследить историю человеческой мысли, мы видим, что вопросы, что такое человек, каково его место в мире, постоянно занимали умы философов и писателей, религиозных и научных мыслителей. С одной стороны, человек по своему строению, основным физиологическим и биохимическим функциям и биологическим потребностям практически ничем не отличается от других животных. С другой стороны, по своим психическим способностям и характеру деятельности он образует такой разрыв даже со своими ближайшими биологическими родственниками, подобного которому нет нигде в живой природе. Этот парадокс – единство и пропасть одновременно – до сих пор остаётся неразрешённым. Однако знаний на эту тему накопилось достаточно для того, чтобы попытаться в этом разобраться.
Итак, человек – действительно обыкновенный живой организм. Как мы знаем, любой организм занимает определённое место в биологической систематике. Человек не является исключением (табл. 3).
Сходство человека с другими представителями животного мира. Чем ниже таксон, в который входит человек, тем больше сходства между человеком и другими представителями этого таксона. Со всеми живыми организмами человека объединяют генетический код, наличие ферментов и способы получения энергии при распаде органических веществ.
Таблица 3
Положение человека в системе живых организмов
Рис. 169. Строение черепа и позвоночника человека (А) в сравнении со скелетом и позвоночником гориллы (Б)
С эукариотами – сходное строение клетки, включающей ядро с хроматином, митохондрии и другие органоиды, и пр. Человек, как и все животные, имеет гетеротрофный способ питания, его клетки лишены плотной оболочки, а при развитии он проходит стадии бластулы и гаструлы, что типично для всех многоклеточных животных. Ещё большее сходство обнаруживается при сравнении человека с другими позвоночными. Их объединяют общий план строения скелета (череп и позвоночник) (рис. 169), замкнутая кровеносная система, имеющая сердце, центральная нервная система, состоящая из головного и спинного мозга, сходное строение пищеварительной и выделительной систем и многие другие признаки. Как и все млекопитающие, человек имеет крупный головной мозг с большими полушариями, покрытыми корой, постоянную температуру тела, шёрстный покров, дифференцированные зубы, расположенные в углублениях челюстей, четырёхкамерное сердце, особое строение лёгких и диафрагму, разделяющую брюшную и грудную полости. Ему свойственно живорождение и выкармливание детёнышей молоком. Наличие плаценты роднит человека с высшими млекопитающими.
Сходство и различия человека и других приматов
Но наибольшее сходство выявляется при сравнении человека с животными, принадлежащими к отряду приматов, особенно с обезьянами. Для всех приматов характерны: увеличенный мозг с двумя уникальными бороздами (боковой и центральной); большие, обращённые вперёд глаза; четыре типа зубов; ключица; разделённые лучевые и локтевые кости, в результате чего кисть может поворачиваться на 180°; пять подвижных пальцев на каждой конечности; большие пальцы рук противопоставлены остальным пальцам, что позволяет захватывать предметы; ногти вместо когтей.
С человекообразными обезьянами – антропоидами, к которым относятся орангутаны, гориллы и шимпанзе, человек имеет ещё ряд дополнительных сходств. Мимика антропоидов очень похожа на мимику человека (рис. 170), они имеют те же четыре группы крови, болеют теми же болезнями. Между человеком и человекообразными обезьянами имеется много общего в составе белков и строении генетического аппарата. Так, шимпанзе имеет 48 хромосом вместо 46, которыми обладает человек, и 98 % общих с человеком генов.
Однако существует целый ряд признаков, свойственных только человеку. Объём мозга человека значительно превышает его объём даже у человекообразных обезьян. У человека он в среднем составляет 1300–1400 см3, в то время как у шимпанзе или гориллы – не более 700 см3. Соответственно и строение головного мозга у человека значительно сложнее, чем у остальных животных. Особенно велика в нём роль коры больших полушарий, в которой находится более половины нейронов всей нервной системы человека. По этой причине строение черепа человека отличается от строения черепа всех остальных существ.
Рис. 170. Мимика обезьяны и мимика человека
У всех позвоночных череп делится на два отдела – мозговой (черепная коробка с находящимся в ней мозгом) и лицевой. Среди всех животных только у человека мозговой отдел больше лицевого.
Человек – единственное существо, которое постоянно передвигается на двух ногах, сохраняя при этом вертикальное положение тела. Поэтому признаки, отличающие скелет человека от скелета остальных млекопитающих, в том числе и приматов, связаны с прямохождением. Прежде всего это S-образная форма позвоночника, обеспечивающая амортизацию при ходьбе. Особенно развит у человека поясничный изгиб позвоночника. Задние конечности человека длиннее передних, в то время как у других приматов наоборот. Стопа человека сводчатая, т. е. при ходьбе он опирается только на её заднюю и переднюю части, тогда как обезьяны опираются на всю стопу. Пальцы на стопе укорочены, и большой палец не противопоставлен всем остальным. На руке же, наоборот, большой палец сгибается в сторону, строго противоположную сгибанию других пальцев, тогда как у обезьян это свойство выражено только частично. Кроме того, у человека, в отличие от его сородичей-приматов, почти полностью исчез волосяной покров тела, значительно уменьшились размеры клыков и развился голосовой аппарат гортани, участвующий в формировании речи.
Таким образом, человек является типичным животным: большинство свойственных ему качеств совпадает с теми, которыми обладают другие, особенно систематически близкие к нему организмы. Однако существуют некоторые (довольно немногочисленные) особенности, присущие только человеку и связанные с особенностями его психической и физической деятельности.
Человек как физико-химическая система
Теперь взглянем на человека с точки зрения физических законов и происходящих в его организме химических реакций. В принципе и в этом отношении человек практически не отличается от других животных.
Существование человека и законы термодинамики
Существование любого живого организма, а особенно человека в силу сложности и часто непредсказуемости его поведения, казалось бы, противоречит второму началу термодинамики. В самом деле, согласно этому закону, энтропия, постоянно возрастая, должна разрушать любые упорядоченные структуры. Поэтому такая невероятно сложная система, как организм, не может существовать и доли секунды. В то же время живые организмы по термодинамическим понятиям существуют невероятно долго, а в принципе вообще бессмертны, так как способны давать потомство, у которого жизнь каждый раз стартует сначала. Более того, жизнь на Земле не только не подвержена деградации, но и эволюционирует, т. е. её организация постоянно усложняется. Когда-то даже был поставлен такой вопрос: «Могут и Карно, и Дарвин быть правы?» На самом-то деле прямого противоречия между термодинамикой и биологией нет. Второе начало установлено для изолированных систем, в которых энтропия постоянно стремится к максимуму и где в конце концов устанавливается равновесие. Живые же системы являются открытыми, в них постоянно поступает извне энергия, а потому второе начало здесь неприменимо.
В 40-х гг. XX в. автор принципа неопределённости, лауреат Нобелевской премии Эрвин Шредингер в книге «Что такое жизнь?» указал на то, что одних статистических закономерностей недостаточно для объяснения природы жизни. Мы уже говорили о строении и работе генетического аппарата. ДНК, определяющая все наследственные признаки, устроена так, что в ней нельзя поменять один нуклеотид на другой или переставить их местами без серьёзных последствий для организма. Недостаточно, чтобы количество аденина в среднем равнялось количеству тимина: каждое из этих оснований должно занимать в хромосоме строго определённое место. А это уже выходит за пределы возможностей синергетики.
Невероятная упорядоченность химических реакций и структур в организме человека несоизмерима с тем порядком, который возникает в неживых самоорганизующихся системах, рассматриваемых термодинамикой неравновесных процессов. Кроме того, причины возникновения этих порядков совершенно различны. Если в диссипативных структурах порядок возникает из беспорядка, то в живых организмах порядок возникает из уже существующего порядка, так как всё живое возникает только из живого. Поэтому маловероятно, что принципы термодинамики неравновесных процессов способны пролить свет на возникновение жизни. Таким образом, существование жизни и самого человека хотя и не противоречит законам термодинамики, но и не вытекает из них.
Проверьте свои знания
1. К какому царству, типу, классу и отряду принадлежит человек? Назовите других хорошо известных вам представителей этих систематических групп.
2. Укажите общие признаки человека и других млекопитающих.
3. Каково значение сводов стопы у человека? Для ответа на этот вопрос вспомните материал курса «Человек и его здоровье».
4. Почему существование жизни не противоречит второму началу термодинамики?
5. Почему синергетика не может в полной мере объяснить работу живых организмов?
Задания
1. Подумайте и обсудите в классе, в связи с чем в процессе эволюции у человека практически полностью исчез шёрстный покров. При необходимости воспользуйтесь дополнительными источниками информации.
2. Выберите критерии сравнения, составьте и заполните таблицу «Сходство и различия человека и других высших приматов».
§ 55 Этапы эволюции человека
Как вам уже известно, в конце мелового периода животный мир планеты стал радикально меняться. В это время от примитивных насекомоядных, отряда, к которому принадлежат современные ежи, кроты и землеройки, отделился отряд приматов, эволюция которого протекала на протяжении кайнозойской эры. Вначале это были низшие приматы, полуобезьяны (лемуры и лори). Одним из самых примитивных видов современных приматов является тупайя – животное, скорее напоминающее белку, крысу или землеройку, чем обезьяну. В дальнейшем от низших приматов, расселившихся к тому времени по всей планете, отошла линия настоящих обезьян. Вскоре после этого закрылись сухопутные проходы между Европой и Америкой, и обезьяны Старого и Нового Света стали эволюционировать независимо. Обитатели Америки получили название широконосых обезьян, а обитатели Старого Света, т. е. наши предки, – узконосых. Значительная часть узконосых обезьян дала начало семейству мартышкообразных, к которому относятся мартышки, макаки и павианы. Но помимо них от общего обезьяньего ствола отделилась ветвь гоминоидов, от которых произошли человекообразные обезьяны (понгиды) и люди (гоминиды).
Древнейшими общими предками понгид и гоминид считаются африканские дриопитеки (древесные обезьяны), особенно обезьяна, называемая проконсулом (по кличке шимпанзе Консул, жившего в Лондонском зоопарке). Первой из обезьян, отделившейся от общего понгидо-гоминидного ствола, был орангутан, обитающий ныне в Юго-Восточной Азии. Это разделение произошло около 18 млн лет назад (рис. 171).
Рис. 171. Эволюционное древо человека
Два других вида понгид – горилла и шимпанзе – остались жить в Африке. Примерно 9 млн лет назад произошло отделение горилл, и, наконец, около 7 млн лет назад человек разошёлся со своим последним родственником – шимпанзе и образовал собственное семейство – гоминиды, тогда как остальные обезьяны остались в семействе понгид. Существует мнение, что последним общим предком шимпанзе и человека был карликовый шимпанзе бонобо.
Австралопитеки
В конце неогена, т. е. около 5–3 млн лет назад, появились первые прямоходящие гоминиды. Поскольку их останки были найдены в Южной Африке, они получили название австралопитеков, что в переводе означает «южная обезьяна»(рис. 172).
Рис. 172. Австралопитек (реконструкция Люси)
Позже австралопитеки, причём более древнего происхождения, были обнаружены и в Восточной Африке. Австралопитеки были довольно мелкими животными, ростом от 100 до 150 см и весом 35–55 кг, с небольшим (около 450 г) мозгом и очень крупными зубами. Размер их мозга был не больше, чем у современных человекообразных обезьян. Хотя они передвигались на двух ногах, но никаких орудий труда изготавливать ещё не умели. Возможно, они могли держать в руках пищу, камни или палки, но первые обтёсанные орудия появились не раньше чем через 2 млн лет. Поздние австралопитеки приспособились к питанию грубой растительной пищей, у них уменьшились клыки, зато увеличились жевательные зубы, да и сами австралопитеки существенно увеличились в размерах, хотя размер их мозга за 2 млн лет не изменился. Они обитали в Африке рядом с предками современного человека, но не были нашими прямыми предками. Вымерли австралопитеки около миллиона лет назад.
Человек умелый
Первый вид, представляющий род Homo, т. е. собственно людей, произошёл от одной из ветвей довольно ранних австралопитеков примерно 2–2,5 млн лет назад и просуществовал на Земле около миллиона лет. Этот вид назвали Человек умелый (Homo habilis), так как люди этого вида уже умели делать несложные орудия. Они значительно уступали крупным хищникам в скорости бега и физической силе, не имели клыков и когтей, но компенсировали эти недостатки, придавая камням, костям и кускам дерева такую форму, что ими можно было резать, скрести и копать. Человек умелый жил в Восточной Африке, его рост был не выше 1,5 м, но мозг был значительно больше, чем у австралопитеков, и достигал массы 650–700 г.
Рис. 173. Олдувайские чопперы (Homo habilis) (А) и ашельские рубила (Homo erectus) (Б)
Наиболее изучены каменные орудия человека умелого, найденные в Олдувайском ущелье, поэтому культуру этого вида называют олдувайской. Орудия человека умелого представляют собой отщепы круглых камней, изготовленные из них скребки, а также чопперы (рубила) (рис. 173). Орудия часто использовались для разделки трупов крупных животных, которых первобытные люди находили в степи.
Человек прямоходящий
Около 1,5 млн лет назад на смену человеку умелому стал приходить новый вид – Человек выпрямленный, или прямоходящий (Homo erectus). Это название ему дали ошибочно. Его останки были обнаружены раньше скелетов австралопитека, поэтому решили, что он был первым прямоходящим существом на Земле. Потом выяснилось, что это не так, но названия уже менять не стали. Вообще с названиями этого вида человека было много недоразумений. Впервые его обнаружил в 1891 г. на острове Ява Эжен Дюбуа, который назвал его питекантропом (обезьяночеловеком). Впоследствии фрагменты скелетов, похожих на питекантропа, находили в различных точках Земли и давали им разные названия: в Китае был найден синантроп, в Германии – гейдельбергский человек, а в Северной Африке – атлантроп. Фрагменты скелетов этого вида находили и в Олдувайском ущелье. Поскольку было похоже, что все найденные останки принадлежат одному и тому же виду, то в конце концов было решено признать реальность этого вида и назвать его человеком прямоходящим.
По сравнению с человеком умелым Homo erectus имеет как прогрессивные, так и примитивные черты, поэтому его считают промежуточной формой между австралопитеком и человеком разумным. Главной особенностью, резко отличающей его от всех предков и сближающей с человеком разумным, является строение черепа. Впервые за всю эволюцию мозговой отдел черепа у него стал больше лицевого. Объём мозга человека выпрямленного составлял не менее 800 см3, а иногда превышал 1000 см3. Он умел пользоваться огнём (а возможно, и добывать его) для обогрева, приготовления пищи и защиты от хищников, а также сооружать долговечные каменные постройки, изготавливал наковальни (рабочие плиты), ударники (отбойники), свёрла, лезвия, зубила и другие орудия труда. Обнаружены доказательства того, что люди этого вида не только использовали изготовляемые ими орудия для срезания растений и разделки убитых хищниками животных, но и сами активно охотились на крупную дичь, объединяясь для этого в группы, чтобы спланировать и осуществить преследование или засаду. Объектом охоты человека этого времени были кабаны, бизоны, олени, лошади, носороги и обезьяны, хотя есть свидетельства, что люди не пренебрегали и каннибализмом.
Неандертальцы и кроманьонцы
Не все представители человека прямоходящего имели одинаковый уровень развития. За более чем миллион лет своего существования они прогрессировали, объём их мозга увеличивался, и, хотя их физический облик мало изменился, они дали начало новому виду, известному под названием архаический сапиенс, от которого произошли древние люди неандертальцы и люди современного типа, называемые кроманьонцами. Неандертальцы появились около 200 тыс. лет назад. Впервые их стоянки были обнаружены в Германии, в долине реки Неандер, откуда и произошло их название. Неандертальцы были широко распространены почти по всей Европе и Юго-Западной Азии, частично обитали в Африке. Культура неандертальцев сделала огромный шаг вперёд по сравнению с культурой человека прямоходящего, что помогло им пережить суровые зимы ледникового периода. Неандертальцы жили в обогреваемых пещерах или в построенных ими хижинах. Для изготовления одежды они каменными ножами раскраивали шкуры, а затем прокалывали их каменным или костяным шилом и скрепляли сухожилиями. Неандертальцы были первыми людьми, которые хоронили своих мёртвых сородичей. Захоронения носят явно ритуальный характер, что говорит о том, что они обладали абстрактным мышлением и, возможно, верили в загробную жизнь. Кроме того, они лечили больных и раненых соплеменников и заботились о них. Об этом говорят останки неандертальцев с травмами, которые не позволили бы им жить без посторонней помощи.
И все же, несмотря на все культурные достижения, неандертальцы перестали существовать примерно 30 тыс. лет назад. Причина этого исчезновения ещё не совсем ясна. Дело в том, что около 100—50 тыс. лет назад появились люди современного типа (Homo sapiens sapiens), известные как кроманьонцы, которые, скорее всего, произошли от того же архаического сапиенса, что и неандертальцы, и благополучно сосуществовали с ними в течение многих тысяч лет. До сих пор не выяснено окончательно, представляли неандертальцы и кроманьонцы два подвида одного вида или же были самостоятельными видами. В первом случае не исключено, что они генетически смешались путём смешанных браков, а во втором – следует полагать, что неандертальцы были вытеснены более приспособленными кроманьонцами в результате конкурентной борьбы.
Проверьте свои знания
1. Кто был общим предком человека и человекообразных обезьян?
2. Объясните, почему современных человекообразных обезьян нельзя считать предками человека.
3. Где и когда жили австралопитеки?
4. Кто был первым представителем рода Homo? Как называлась культура этих людей?
5. Почему тот факт, что объём мозгового отдела черепа у Homo erectus стал больше лицевого, является очень важным в эволюции человека?
6. Где впервые были обнаружены стоянки неандертальцев?
7. Охарактеризуйте культуру неандертальцев: что свидетельствует о существовании у неандертальцев абстрактного мышления?
Задания
Многие современные антропологи эволюцию человека подразделяют на этапы «архантропы», «палеоантропы», «неоантропы». Объясните происхождение этих названий и определите, к каким названным этапам можно отнести кроманьонцев, неандертальцев и человека прямоходящего.
§ 56 Происхождение и расселение современного человека. Расы
Среди гипотез происхождения человека долгое время обсуждались две основные. Первая, называемая гипотезой полицентризма, утверждала, что современный человек и его расы произошли в нескольких районах земного шара от классического неандертальца или даже от человека прямоходящего, широко расселившегося по территории Европы и Западной Азии. В соответствии со второй, известной как гипотеза моноцентризма, родиной современного человека считается всё та же Восточная Африка, откуда и пошло его глобальное расселение. Согласно первой теории, современные расы человека могли возникнуть от различных предков на разных территориях. В настоящее время большинство исследователей склоняется ко второй гипотезе, которая находит не только палеонтологическое, но и палеогеномическое объяснение.
Палеогеномика
Палеогеномика – сравнительно молодая наука, исследующая наследуемость человека и его генеалогию при помощи изучения состава ДНК. Большинство ДНК, входящей в состав хромосом, непригодно для такого анализа, так как в каждом поколении при образовании гамет происходит кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом. Поэтому у потомка гены отца и матери оказываются перемешанными. Однако ДНК клетки находится не только в её ядре, но и в митохондриях, которые размножаются самостоятельным делением. Эта ДНК не обменивается участками с ДНК митохондрий других индивидов. Поэтому по её строению можно проследить родословную каждой особи, но только по материнской линии. Дело в том, что митохондрии сперматозоидов при оплодотворении погибают и во вновь образовавшемся организме отсутствуют. Поэтому у каждого человека в клетках присутствуют и размножаются только митохондрии, содержащиеся изначально в яйцеклетке, т. е. материнские. ДНК митохондрий вносит свой вклад в наследственность, которую в этом случае называют цитоплазматической. Поскольку в ДНК митохондрий время от времени происходят мутации, то по степени близости строения этой ДНК у различных индивидов можно определить степень их родства по женской линии. А как исследовать родство по отцовской линии? Оказывается, и это сделать несложно. Поскольку Y-хромосома присутствует только у особей мужского пола и передаётся от отца к сыну, то, изучая сходство и различия в строении этих хромосом, можно проследить наследуемость по мужской линии.
С помощью палеогеномики удалось пролить свет на многие спорные вопросы, касающиеся происхождения человека. Выяснилось, что неандертальцы не являются предками современного человека и не относятся к тому же биологическому виду. Скорее всего, оба вида произошли от одной из форм архаичного сапиенса, причём именно в Восточной Африке, и какое-то время существовали параллельно, пока 30 тыс. лет назад неандертальцы не исчезли как вид.
Расселение человека по планете
Палеогеномика также внесла свой вклад в изучение распространения современного человека по земному шару. Самые древние ископаемые остатки человека были найдены в Африке. Некоторые из обнаруженных черепов имеют давность более 100 тыс. лет. Это согласуется с данными пелеогеномики, которые показали, что первая женщина («генетическая Ева») и первый мужчина («генетический Адам») жили в период около 100–150 тыс. лет назад.
Рис. 174. Пути и время расселения людей по планете (на основе генетических данных)
Из Африки человек мигрировал в Европу и Восточную Азию, а затем, пройдя через Среднюю и Восточную Азию и Сибирь, перешёл через обмелевший в то время Берингов пролив в Северную Америку, откуда постепенно распространился до Южной Америки и добрался до Патагонии (рис. 174). Время появления человека в Америке оценивают по-разному. В настоящее время большинство исследователей сходятся на том, что это произошло около 30 тыс. лет назад, а 11 тыс. лет назад человек заселил уже весь Американский континент.
Вскоре после этого в обеих Америках началось массовое вымирание крупных млекопитающих: вымерли четыре вида мамонтов, три вида мастодонтов, гигантские броненосцы, саблезубые кошки и многие другие. Пик вымираний приходится на период от 12 до 10 тыс. лет назад, когда предки современных индейцев завладели обоими континентами. Существует мнение, что эти виды животных были истреблены человеком, обладавшим к тому времени охотничьим оружием. С помощью специальных приспособлений охотники метали копья с каменными наконечниками. С другой стороны, вымирание животных совпало с радикальными климатическими изменениями, связанными с таянием северных ледяных щитов. Возможно, что причинами вымирания были оба фактора.
Ещё раньше, около 50 тыс. лет назад, люди появились в Австралии. Уровень океана тогда был на 50 м ниже, чем сейчас, и многие острова составляли единое целое. Для того чтобы попасть в Австралию, жителям Юго-Восточной Азии достаточно было преодолеть по морю на каноэ или плотах всего около 60 км.
Расы
Всё ныне живущее человечество представляет собой один биологический вид Homo sapiens, подразделяющийся на более мелкие структуры, называемые расами. Расы отличаются друг от друга физическими признаками – цветом кожи, цветом и формой глаз и волос, ростом, формой черепа и пр. Эти особенности передаются по наследству и почти не изменяются в результате непосредственного влияния среды. В настоящее время большинство исследователей разделяют человечество на три большие расы: европеоидную, монголоидную и экваториальную (австрало-негроидную). Каждая из этих больших рас подразделяется не несколько малых, так как внутри каждой расы существует довольно значительное разнообразие форм. Кроме того, между тремя основными расами существуют переходные формы (рис. 175).
Европеоидная раса характеризуется цветом кожи, изменяющимся от очень светлых до смугловатых оттенков (рис. 176).
Рис. 175. Современные расы человека
Рис. 176. Представители монголоидной (А), экваториальной (Б) и европеоидной (В) рас
Волосы у представителей этой расы обычно прямые или волнистые, чаще тёмного цвета. Нос удлинённый прямой или с выпуклой горбинкой. Как правило, у европеоидов сильно или умеренно развиты борода и усы. Исторической родиной этой расы являются вся Европа, Кавказ, Ближний и Средний Восток и Северная Африка.
Представители монголоидной расы обладают смуглым (на юге) или светлым (на севере) цветом кожи, тёмными или иссиня-чёрными волосами (см. рис. 176). Волосы обычно жёсткие и прямые, значительно развита складка верхнего века. Борода и усы развиваются слабо, а волосы на теле практически отсутствуют. Исторической родиной монголоидов вначале были Средняя Азия и Дальний Восток, а затем в результате переселения они прочно обосновались в Сибири и на Американском континенте.
Люди, принадлежащие к австрало-негроидной расе, имеют цвет кожи от очень тёмных до жёлто-бурых (у бушменов) оттенков (см. рис. 176). Глаза карие, хотя описаны единичные случаи светлоглазых негров в Африке. Волосы могут быть от очень курчавых до широковолнистых (у австралийской ветви), нос часто очень широкий и маловыступающий, а губы имеют большую слизистую часть. По сравнению с европеоидами у негроидов более тяжёлый скелет. Историческая родина классических негроидов – Экваториальная и Южная Африка. Коренных жителей Австралии иногда выделяют в отдельную, австралоидную расу, так как, во-первых, они отличаются по многим морфологическим признакам от жителей Африки, а во-вторых, не вполне понятно их происхождение, поскольку они пришли из Юго-Восточной Азии, где преобладает монголоидное население.
Происхождение рас
Высказываемое прежде мнение, что расы образовались в различных географических точках от разных предков (полицентризм), в настоящее время почти никем не разделяется, поскольку в этом случае различия между представителями разных рас должны быть более выраженными. Не вызывает сомнений, что современный вид человека разумного, представители которого не принадлежали ни к одной из современных рас, произошёл от общего предка, скорее всего, в Восточной Африке. Постепенно расселившись оттуда, люди разделились на несколько типов, которые и дали начало современным расам. Появление рас, по-видимому, связано с тем, что в результате миграций отдельные популяции людей оказывались в разных природно-климатических условиях. Географическая изоляция способствовала закреплению в популяциях тех признаков, которые имели приспособительное значение и позволяли популяции максимально адаптироваться к местным условиям. Тот факт, что анатомические признаки определённых рас обеспечивают адаптацию к соответствующим условиям внешней среды, имеет много подтверждений. Например, тёмная кожа, свойственная жителям южных регионов, способствует поглощению избыточного ультрафиолетового излучения, а удлинённый нос у северян помогает согревать вдыхаемый воздух. В человеческой цивилизации большую роль играют этнические, или национальногосударственные, образования, которые по существу представляют собой человеческие популяции. В пределах этих популяций могут заключаться межрасовые браки, что приводит к появлению людей, принадлежащих к переходным межрасовым формам. В некоторых регионах такие формы встречаются нередко. Примерами могут служить Индия, государства Центральной Азии и Латинской Америки.
Проверьте свои знания
1. В чём заключаются гипотезы полицентризма и моноцентризма в происхождении человека? Почему гипотеза моноцентризма имеет более веские основания?
2. Как определяется родословная по женской и по мужской линии?
3. Почему в процессе эволюции ни одна из рас не достигла в своём развитии уровня вида?
4. Организуйте и проведите в классе дискуссию на тему «Будут ли усиливаться или сглаживаться расовые признаки в будущем человеческом обществе?».
Задания
Кроме рас, в человеческом обществе существуют и другие сообщества, основанные на иных принципах, которым люди часто придают большое значение. Сравните понятия «раса» и «нация», «раса» и «языковая общность». Объясните, почему категорически нельзя употреблять такие сочетания, как, например, «польская раса», «китайская раса» и т. д. Какие слова, выделенные полужирным шрифтом в эпиграфе, не имеют отношения к расам? Что они обозначают?
§ 57 Развитие и старение человека
По своей биологической природе человек представляет собой типичный живой организм, принадлежащий к классу млекопитающих. Онтогенез человека также во многом сходен с онтогенезом других млекопитающих, хотя и имеет свои характерные особенности. В развитии любого организма выделяют две фазы: пренатальную (эмбриональную) – всё, что происходит до рождения, и постнатальную (постэмбриональную) – жизнь после рождения. Пренатальная фаза всех плацентарных млекопитающих включает одни и те же процессы: образование и дробление зиготы, стадии бластулы, гаструлы и нейрулы, внедрение зародыша в стенку матки, образование плаценты и дальнейший рост и развитие с формированием всех требуемых для последующего существования органов. Начало постнатального периода у всех млекопитающих связано с пребыванием возле матери и питанием выделяемым ею молоком. В этом отношении человек не составляет никакого исключения.
Особенности онтогенеза человека
По мере эволюции, однако, характер онтогенеза меняется. Это сказывается в первую очередь на соотношении продолжительности различных его этапов. Если, например, сравнить длительность этих этапов у самых примитивных приматов (тупай) с близкими родственниками человека (понгидами), то мы увидим, что продолжительность детства увеличивается от 6 месяцев у тупай до 6 —12 лет у понгид, а длительность жизни возрастает от 3–4 лет у первых до 50 и более лет у вторых. Вообще характерной чертой онтогенеза человекообразных обезьян и особенно человека является относительное сокращение репродуктивного периода, т. е. времени, в течение которого организм способен к размножению. Прежде всего, обратим внимание на очень долгое детство человека. Если оценивать биологическое детство как период до окончания полового созревания, то у человека оно заканчивается к 14–17 годам, т. е. составляет около 1/5 всей продолжительности жизни, в то время как, например, кошки достигают половой зрелости к 6–9 месяцам при продолжительности жизни около 15 лет, т. е. период их детства составляет всего около 1∕15—1/20 длительности их жизни. К длительному периоду детства человека надо добавить характерный, пожалуй, только для него период юности, когда он уже достиг биологической зрелости, но ещё не достиг социальной. Поэтому общественное мнение, а часто и законодательство не одобряет в этом возрасте создания семьи, полноправного участия в общественных институтах и пр.
Также для человека характерна продолжительная жизнь после окончания репродуктивного периода, которую называют менопаузой. Она занимает около трети продолжительности жизни. Среди других животных такая менопауза наблюдается только у некоторых обезьян.
Такое нарушение пропорции жизненных периодов связано с особым социальным образом жизни человека и объясняется тем, что для него важно не только произвести потомство, как это бывает у многих животных, но и воспитать и обучить его. Вспомните, что человек без обучения является совершенно беспомощным существом. Многие насекомые, обладающие сложным поведением, получают его от рождения. Птицы и млекопитающие могут что-нибудь перенять у родителей или сородичей, но могут обойтись и без этого. Кошку не надо учить умываться и охотиться, она сможет это делать, даже если вырастет без матери. Человек же без обучения не сможет ни добывать еду, ни обслуживать себя, ни даже ходить на двух ногах, а уж тем более говорить. Для того чтобы всему этому научиться, ему требуется время. А пожилому человеку требуется время для того, чтобы научить молодых, т. е. передать им свой жизненный опыт.
Таблица 4
Границы возрастных периодов человека
А так как опыт этот большой, то и времени требуется много. Вспомните, что неандертальцы были первыми, кто лечил своих инвалидов. Они уже понимали, что если инвалид больше не в состоянии что-либо делать сам, он может рассказать, как это делать, и тем самым принести пользу общине. Вот почему у человека такое длинное детство и такая длинная старость.
Для того чтобы охарактеризовать возрастную ступень, на которой находится человек, требуется система, позволяющая разбить жизнь человека на определённые периоды. В российских медико-биологических исследованиях используется схема, которую мы приведём в несколько сокращённом виде (табл. 4).
Рост и развитие
Вплоть до юношеского возраста развитие человека неизменно сопровождается увеличением размеров его тела, т. е. ростом. Скорость роста и предел, которого он может достигнуть, определяются в первую очередь гормоном, который вырабатывается в гипофизе, – гормоном роста. Вспомните материал из курса биологии «Человек и его здоровье». Нижняя часть промежуточного мозга – гипоталамус – управляет эндокринными железами и вегетативной нервной системой, а также оказывает непосредственное влияние на главную железу внутренней секреции, расположенную прямо под ним и называемую гипофизом . Если гормона роста не хватает, то человек становится карликом, если же он выбрасывается в кровь в избытке – то гигантом, достигающим в высоту 2 м и более. В разные периоды жизни гормон роста выделяется в различных количествах, и поэтому рост человека увеличивается неравномерно (рис. 177).
Рис. 177. Идеальные кривые скорости роста длины тела здоровых мальчиков и девочек. Чётко выражены скачки роста. По наступлению всех стадий девочки опережают мальчиков. I – младенчество; C – раннее детство; J – детство; A – подростковый возраст; M – юношеский и зрелый возраст
В течение первых двух лет жизни ребёнок растёт очень быстро, его рост увеличивается на 15–20 см за год. Затем скорость роста снижается и устанавливается на постоянном уровне, равном 5–6 см в год. В период полового созревания, т. е. примерно в 11–12 лет у девочек и в 13–14 лет у мальчиков, возникает так называемый пубертатный скачок или ростовой спурт: в течение двух лет рост девочек увеличивается в среднем на 15, а у мальчиков на 18 см. После этого скорость роста резко уменьшается, и к 17 годам у девушек и к 20 у юношей рост обычно прекращается.
Изменение гормонального фона определяет не только рост, но и почти все функции организма. Каждому возрасту соответствует определённое соотношение выделяемых гормонов. Половые гормоны оказывают своё действие не только во время полового созревания и репродуктивного периода, но начинают влиять на развитие организма ещё до половой зрелости и даже в пренатальном периоде, где они формируют вторичные половые признаки. В частности, это относится к соотношению длины костей в различных частях тела. Так, у женщин, как правило, второй палец на руке бывает длиннее четвёртого, в то время как у мужчин дело обстоит как раз наоборот. Это соотношение устанавливается ещё до рождения.
Старение организма
После периода зрелости наступает постепенное старение организма, в процессе которого тоже принимают участие определённые гормоны. Причина старения организма до настоящего времени ещё не выяснена, хотя по этому поводу существует множество теорий. Во всяком случае, старение тоже, безусловно, связано с происходящей в организме гормональной перестройкой. В качестве примера приведём тот же гормон роста гипофиза. Мы знаем, что в детском и юношеском периоде он влияет на скорость роста.
Рис. 178. Долгожительница
После того как рост прекращается, гормон продолжает вырабатываться, выполняя другие функции, но к старости его образование в гипофизе резко снижается, что считают одной из причин явлений, связанных с процессом старения.
Мы пока не можем сказать, можно ли увеличить средний предельный возраст человека, который в настоящее время равен примерно 90 годам. Различие между странами с низким уровнем жизни и неразвитым медицинским обслуживанием и государствами с высоким уровнем жизни заключается в том, что в первом случае вероятность смерти человека на каждом году его жизни достаточно велика и плавно возрастает по мере его старения. Во втором же случае вероятность того, что человек умрёт в течение ближайшего года, долгое время остаётся небольшой, но затем резко увеличивается и стремительно приближается к единице, когда возраст человека достигает 90 лет. И хотя существуют отдельные долгожители, переживающие возраст в 100 лет и более, нам пока неизвестно, можно ли сделать так, чтобы этот рубеж стал нормой для большинства (рис. 178).
Проверьте свои знания
1. Что такое пренатальный и постнатальный периоды развития?
2. Объясните, почему человеку свойственны долгое детство и долгая старость.
3. Где вырабатывается гормон, регулирующий рост человека? Вспомните, какие ещё гормоны вырабатывает гипофиз и на что они влияют.
4. Что такое пубертатный скачок роста? В каком возрасте он происходит?
5. Вспомните, как называют рост, который заканчивается в определённый период жизни. У каких позвоночных животных другой тип роста? Приведите примеры. Подумайте, с чем связаны эти отличия.
6. Что вам известно о детях-«маугли»? Обсудите в классе в режиме «круглого стола», смог бы герой сказки Киплинга вернуться в человеческое общество и стать его полноценным членом в реальной жизни.
Задания
1. Проведите исследование. Измерьте длину указательного и безымянного пальцев у всех учеников класса. Подсчитайте среднее соотношение между этими длинами отдельно для девушек и для юношей. Полученные данные сравните.
2. Выясните, как увеличивался ваш рост в течение жизни. Эти данные вы можете получить из своей медицинской карты. Постройте график. На оси x укажите возраст, на оси у – скорость роста (см/год). Оцените размер вашего ростового спурта.
3. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение о существующих в настоящее время теориях старения.
4. Согласны ли вы с утверждением «Мера человечности любого общества измеряется отношением этого общества к детям и старикам»? Организуйте и проведите в классе дискуссию на эту тему.
§ 58 Инфекционные заболевания
Инфекционные заболевания – это группа заболеваний, вызываемых проникновением в организм патогенных (болезнетворных) микроорганизмов (бактерии, грибы, простейшие) и вирусов. Для того чтобы микроорганизм вызвал инфекционное заболевание, он должен обладать вирулентностью (ядовитостью; от лат. «вирус» – яд), т. е. способностью преодолевать сопротивляемость организма и проявлять токсическое действие. Одни патогенные агенты вызывают отравление организма выделяемыми ими в процессе жизнедеятельности экзотоксинами (столбняк, дифтерия), другие освобождают токсины (эндотоксины) при разрушении своих тел (холера, брюшной тиф).
Одной из особенностей инфекционных заболеваний является наличие инкубационного периода – периода, который продолжается от времени заражения до появления первых признаков болезни. Длительность этого периода зависит от способа заражения и вида возбудителя и может длиться от нескольких часов до нескольких лет (последнее бывает редко). Место проникновения микроорганизмов в организм называют входными воротами инфекции. Для каждого вида заболевания имеются свои входные ворота. Так, например, холерный вибрион проникает в организм через рот и не способен проникать через кожу.
Существует множество классификаций инфекционных заболеваний. Одна из наиболее распространённых основана на указании систем органов, страдающих при данном заболевании. Согласно этой классификации, выделяют следующие болезни:
• кишечные (холера, дизентерия, сальмонеллёз);
• дыхательных путей (грипп, аденовирусная инфекция, коклюш, корь, ветряная оспа);
• «кровяные» (малярия, ВИЧ-инфекция);
• наружных покровов (сибирская язва, столбняк);
• и другие группы.
В зависимости от природы возбудителей инфекционные болезни классифицируются на:
• прионные (болезнь Крейтцфельда – Якоба, куру);
• вирусные (грипп, парагрипп, корь, вирусные гепатиты, ВИЧ– инфекция, цитомегаловирусная инфекция, менингит);
Рис. 179. Некоторые представители современных бактерий: А – стрептококк (в процессе деления); Б – холерный вибрион; В – палочковидная бактерия клостридиум; Г – палочковидная микобактерия, вызывающая туберкулёз
• бактериальные (чума, холера, дизентерия, сальмонеллёз, туберкулёз, стрептококковая, стафилококковая инфекции, менингит) (рис. 179);
• протозойные, т. е. вызванные простейшими (амебиаз, токсоплазмоз, малярия, лейшманиоз, сонная болезнь);
• грибковые инфекции, или микозы (разноцветный лишай, стригущий лишай, грибок ногтей).
Инфекции, передающиеся половым путём
В отдельную группу, независимо от типа возбудителя (это могут быть и простейшие, и бактерии, и вирусы), выделяют инфекции, передающиеся половым путём (ИППП). В российской медицине такие заболевания ещё называют венерическими болезнями. К ним относят гонорею, генитальный герпес, сифилис, трихомониаз, хламидиоз, ВИЧ-инфекцию и многие другие. Болезни этой группы известны очень давно, но и в настоящее время они, к сожалению, встречаются очень часто. К большинству венерических болезней иммунитет не образуется, поэтому вылечившиеся люди могут заразиться и заболеть снова. Важно знать, что многие подобные инфекции могут передаваться не только при половом контакте, но и другими способами, например через предметы общего пользования, ребёнку – во время родов.
Неизлеченные или длительные инфекции этой группы могут вызвать серьёзные осложнения: мужское и женское бесплодие, воспаление внутренних половых органов и даже раковые опухоли.
Протозойные инфекции
Из предыдущих курсов биологии вам уже известны некоторые простейшие, вызывающие заболевания у человека. Поражение населения протозойными инфекциями очень высокое.
Рис. 180. Трипаносома в крови человека
Простейшие паразитируют в различных органах и тканях: в крови, кишечнике, ЦНС, печени, лёгких и т. д. Возбудители передаются человеку через переносчиков, половым путём, через желудочно-кишечный тракт.
Трипаносомы. Небольшие жгутиконосцы, 15–50 мкм длиной, с лентовидным сплющенным телом, заострённым на обоих концах (рис. 180), являются возбудителями тяжёлого заболевания человека – африканской сонной болезни. Природным резервуаром трипаносом служат антилопы, которые не страдают от их присутствия. Переносчиком возбудителей является кровососущая муха цеце. На ранних стадиях развития болезни паразиты размножаются в крови человека и вызывают лихорадку. Затем трипаносомы попадают в лимфатические железы, а позднее в спинномозговую жидкость. Это приводит к нервному расстройству, сонливости и при отсутствии лечения к смерти от истощения. Возбудители сонной болезни были открыты французским учёным Луисом Самбоном в 1903 г. В первые три десятилетия XX в. от этого заболевания погибло более миллиона человек. В настоящее время существуют препараты, подавляющие развитие болезни на ранних этапах.
Лейшмании. Лейшмании – это опасные паразиты человека, которые переносятся москитами. Leishmania tropica вызывает кожный лейшманиоз (пендинскую язву). Это заболевание распространено в Средней Азии и Закавказье. Природным резервуаром являются грызуны, в основном большие песчанки. На месте укуса москита после инкубационного периода, который может длиться от 2 недель до 5 месяцев, образуется язва. В клетках изъязвлённой кожи обитают лейшмании. Спустя 1–2 года язва заживает, оставляя рубец. Leishmania donovani вызывает висцеральный лейшманиоз. Переносчиками этого вида лейшмании тоже являются москиты, а природным резервуаром – бродячие собаки. При укусе москитами лейшмании с кровью разносятся по организму человека и паразитируют в клетках внутренних органов (печени, селезёнки). Поражённые органы увеличиваются, и в отсутствие лечения человек погибает от лихорадки и истощения. Заболевание в основном распространено в Средней Азии, Индии и Индокитае. В настоящее время существуют эффективные препараты для лечения лейшманиозов.
Споровики. К споровикам относятся простейшие, ведущие исключительно паразитический образ жизни. Среди них множество опасных паразитов человека и животных. О малярийном плазмодии и его жизненном цикле вы уже знаете из курса биологии животных. Другим простейшим из этой группы, представляющим большую опасность для человека, является токсоплазма. Заболевание, которое вызывает этот паразит, называют токсоплазмозом, и оно широко распространено по всему миру.
Основным хозяином токсоплазмы являются кошки, в кишечнике которых паразиты размножаются. Промежуточным хозяином паразита могут быть любые виды птиц и млекопитающих, включая человека. Заражение промежуточных хозяев происходит цистами токсоплазмы, попадающими в организм вместе с пищей или водой. Для человека наиболее опасны контакты с заражёнными кошками. Сами кошки заражаются токсоплазмой, поедая таких промежуточных хозяев, как мыши.
В кишечнике промежуточного хозяина, в том числе и человека, оболочки цист растворяются, и паразиты, внедряясь в кровеносные сосуды, с током крови разносятся по всему организму. Они могут осесть в печени, мышцах, мозге, глазах. В месте локализации паразиты размножаются бесполым способом, образуя огромные скопления. Через плаценту токсоплазма может передаваться плоду, что, как правило, вызывает его гибель.
Для того чтобы не заразиться токсоплазмозом, необходимо строго соблюдать санитарно-гигиенические нормы и быть предельно осторожным при общении с бездомными кошками.
Эпидемии: чума, холера, оспа
В прежнее время, до появления современных лекарственных препаратов, гигиенических средств и вакцинации, инфекционные заболевания были широко распространены по всему земному шару. Особенно опасными были заболевания, вызываемые чумной бациллой, холерным вибрионом и вирусом оспы. Они часто проявлялись в виде эпидемий, от которых иногда гибла большая часть населения.
Рис. 181. Питер Брейгель Старший. Триумф смерти. 1562 (фрагмент)
Рис. 182. Больная оспой девочка из Бангладеш
Наиболее древними и опасными были эпидемии чумы (рис. 181). Впервые в истории мировая эпидемия (пандемия) чумы была зарегистрирована в Восточной Римской империи в VI в. до н. э. во время правления византийского императора Юстиниана I. Оттуда болезнь распространилась на другие страны и унесла в общей сложности жизни более 20 млн человек. В середине XIV в. по Европе, Азии, Африке прокатилась пандемия чумы, получившая название «чёрный мор». Распространившись из естественного очага на территории пустыни Гоби, за несколько лет болезнь унесла жизни более 100 млн человек (по современным оценкам, в Европе тогда погибла почти половина населения, от 15 до 34 млн человек). Последняя мировая эпидемия чумы наблюдалась в середине XIX в.
Не менее опасными были эпидемии оспы, холеры и сыпного тифа. Вирусное заболевание – натуральная, или чёрная, оспа – было известно ещё в Древнем Египте, Китае и Индии, где у неё были даже свои богини (рис. 182). В Европу оспа проникла гораздо позднее. Считают, что её принесли туда участники походов Александра Македонского. В XV–XVII в. по Европе и Сибири прокатились обширные эпидемии, унёсшие жизни до трети населения.
Возбудитель ещё одного опасного заболевания – холеры – холерный вибрион обитает главным образом в южных водоёмах. Последняя крупная эпидемия холеры произошла в середине XIX в. – приблизительно в то же время, что и эпидемия чумы. Однако и в настоящее время возникают периодические локальные вспышки этого заболевания.
Рис. 183. Вакцинация, проводимая Эдвардом Дженнером
Борьба с инфекционными заболеваниями
Резкое снижение распространения инфекционных заболеваний было связано с применением прививок. Впервые систематические прививки против оспы стали использовать с начала XIX в. после работ английского врача Эдварда Дженнера, о которых вы знаете из курса «Человек и его здоровье» (рис. 183). При вакцинации человеку вводят либо сильно ослабленный (живая вакцина), либо мёртвый, но сохранивший своё химическое строение возбудитель. Вызывая заболевание в очень лёгкой, часто незаметной, форме, вакцинация приводит к образованию антител, поэтому, если в дальнейшем в организм попадёт соответствующий возбудитель, он будет уничтожен и болезнь не разовьётся. Иммунитет также формируется после перенесения того или иного заболевания. Причём после некоторых заболеваний иммунитет сохраняется пожизненно, например после кори, краснухи, скарлатины и других «детских» болезней. К некоторым болезням у человека существует врождённый иммунитет, в таком случае возбудитель погибает при первом попадании в организм. Так, человек никогда не заболеет собачьей чумкой, так же как собака не заболеет гриппом. Кроме иммунной системы, стоящей на защите организма от инфекций, существуют и другие разнообразные способы защиты от проникновения в организм бактерий и вирусов. Например, бактерицидными свойствами обладают кожа, слюна, желудочный сок.
Иногда возможны случаи, когда возбудитель уже проник в организм и начал там свою разрушительную деятельность. В такой ситуации дополнительное введение возбудителя, даже ослабленного, может только причинить вред. Поэтому в этих случаях заболевшему человеку вводят раствор готовых антител – лечебную сыворотку. Все вакцины и сыворотки специфичны, т. е. обладают строгой направленностью действия. Так, например, антидифтерийная сыворотка не предохранит от других инфекционных заболеваний.
Другой причиной резкого сокращения заболеваемости инфекционными болезнями было создание эффективных лекарственных препаратов, о которых мы расскажем несколько позже.
Проверьте свои знания
1. Сформулируйте определения понятий «инкубационный период» и «входные ворота инфекции».
2. Какие вам известны классификации инфекционных заболеваний? Предложите свою классификацию, отличную от приведённых в параграфе. На каких свойствах и признаках основана ваша классификация?
3. Какую опасность представляют для человека заболевания, передающиеся половым путём?
4. Какие вам известны заболевания, вызываемые простейшими?
5. Как вы думаете, почему в Советском Союзе после 1982 г. прекратили делать прививки против натуральной оспы? Обсудите вашу точку зрения с одноклассниками.
6. Опираясь на знания, полученные на уроках биологии, объясните разницу между вакциной и сывороткой. Каков механизм их действия? Какие типы иммунитета они формируют?
Задания
1. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию о работах Э. Дженнера и Л. Пастера.
2. Выясните, какие прививки и в каком возрасте вам были сделаны и какие инфекционные заболевания вы перенесли. Сделайте вывод о том, к каким заболеваниям у вас должен быть иммунитет.
3. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, выясните, кто выступает в роли инфекционного агента в прионных болезнях, что такое прионы и каковы особенности прионных заболеваний.
4. Вспомните, что вам известно об иммунитете из курса «Человек и его здоровье». Составьте и заполните схему «Виды иммунитета». Кратко охарактеризуйте каждый вид иммунитета.
5. Используя дополнительные источники информации, выясните, какие болезни из существовавших ранее сейчас не вызывают эпидемии. С чем это связано? Какие заболевания, наоборот, появились сравнительно недавно? О чём это говорит?
§ 59 Паразитарные заболевания
Особенности паразитарных заболеваний
Причиной паразитарных заболеваний являются многоклеточные животные-паразиты – гельминты (черви) и членистоногие. Строго говоря, между инфекционными и паразитарными заболеваниями нет принципиальной разницы. И те и другие возникают вследствие того, что в теле человека поселяются живые организмы, которые отравляют его продуктами своего обмена, среди которых бывают крайне токсичные. Однако подобное разделение принято и в «Международной классификации болезней»: класс I носит название «Инфекционные и паразитарные болезни».
Паразитизм – это форма межвидовых взаимоотношений, в процессе которых один из видов (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания или источника пищи. Совместная эволюция популяций паразитов и хозяев приводила к возникновению многочисленных адаптаций с обеих сторон. К специфическим приспособлениям паразитов, которыми они отличаются от свободноживущих организмов, относятся разнообразные органы прикрепления, высокая плодовитость, сложные циклы развития и др. Причём следует отметить, что паразиты, как правило, снижая жизнеспособность хозяина, не вызывают его быстрой гибели, потому что в итоге это привело бы к гибели самого паразита.
Паразитов подразделяют на обязательных, для которых паразитизм – единственно возможный образ жизни (ленточные черви), и необязательных, которые способны также и к самостоятельному существованию (некоторые нематоды).
Существуют наружные паразиты, которые обитают на поверхности тела хозяина, коже (комары, слепни, клещи), и внутренние паразиты, живущие в полостях тела, органах, клетках (среди многоклеточных животных – это аскариды, печёночный сосальщик, бычий цепень и др.). Паразитизм может быть временным, если паразиты используют хозяина только в момент питания (кровососущие насекомые), или постоянным. В последнем случае паразиты на всех стадиях своего жизненного цикла связаны с одним или несколькими хозяевами. Среди членистоногих преобладают наружные паразиты, а среди червей – внутренние.
Паразиты могут оказывать на организм человека различное действие: вызывать механическое раздражение и аллергические реакции, повреждать ткани или органы, отравлять продуктами своего обмена, поглощать часть крови или пищевых веществ, усугублять течение других болезней. Паразиты могут также способствовать проникновению на месте внедрения их в ткани возбудителей инфекционных болезней.
Паразитарные болезни широко распространены. Например, по выборочным исследованиям, паразитами заражены около 8,5 % детей, посещающих детские дошкольные учреждения, и 11 % школьников.
Источником заражения является либо человек, уже страдающий паразитарным заболеванием, либо носитель определённой жизненной стадии паразита (человек или животные). При некоторых паразитарных болезнях человек может стать источником заражения для самого себя, как это часто происходит с детьми, заражёнными острицами (повторное заражение происходит при привычке грызть ногти, под которыми могут быть яйца остриц).
Возбудители паразитарных болезней в организм человека проникают через естественные отверстия, чаще через рот, иногда через мочеиспускательный канал, половые органы, через кожу. Возбудители могут передаваться с пищей и водой, через членистоногих переносчиков, при контакте с больным человеком, соприкосновении с почвой, а также воздушно-пылевым путём.
Некоторые паразитозы могут протекать скрыто, практически не оказывая влияния на жизнь и здоровье человека, другие нередко угрожают жизни и значительно ухудшают здоровье.
Паразиты человека
Из курса «Биология животных» вы уже знаете о многих животных, вызывающих паразитарные болезни. Жизненный цикл и особенности строения бычьего и свиного цепней, аскарид и остриц подробно изучают на уроках в основной школе. Однако кроме этих хорошо известных вам паразитических червей существует множество других животных, существенно отравляющих жизнь человеку. Круглые черви . Существует множество нематод, паразитирующих в подкожной клетчатке, мышцах, глазах, крови и желудочно-кишечном тракте человека.
Рис. 184. Причина «слоновой» болезни у человека – нитчатка Банкрофта
В тонком кишечнике человека может обитать анкилостома, или свайник двенадцатиперстной кишки. Яйца анкилостом для дальнейшего развития должны обязательно попасть во влажную почву. Личинки анкилостом питаются в почве, и только после второй линьки могут заразить человека. Они проникают в организм хозяина не только через рот с пищей, но и внедряясь через кожу. Не зря анкилостомоз ещё называют болезнью землекопов.
Возбудитель «слоновой» болезни у человека – нитчатка Банкрофта распространена в тропических странах (рис. 184). Половозрелые особи обитают в лимфатических сосудах, что вызывает закупорку сосудов и застой лимфы. Самки рождают множество личинок – микрофилярий. Для дальнейшего развития личинки должны попасть в организм промежуточного хозяина – комара.
Хозяевами трихинеллы спиральной могут быть свиньи, крысы и человек (рис. 185). Заражение происходит при поедании мяса, содержащего личинки паразита. В недостаточно проваренном или прожаренном свином мясе могут находиться мелкие известковые капсулы со спирально закрученными личинками трихинеллы. В желудке человека под действием желудочного сока эти капсулы растворяются, и уже через двое суток личинки достигают половозрелости.
Рис. 185. Трихинелла спиральная (А) и её капсула в мышечной ткани (Б)
После спаривания самцы погибают, а самки рождают живых личинок (около 2 тыс. особей). Микроскопические личинки (размером около 0,1 мм) проникают в кровь и разносятся по организму. Попадая в мышцы, они разрушают мышечные волокна и образуют известковые капсулы. Мышечная фаза в развитии паразита вызывает сильные боли в мышцах. Миграция трихинеллы в глаза может привести к слепоте, а поселение её в мозге – вызвать летальный исход. Для борьбы с трихинеллёзом нужен строгий ветеринарный контроль и осмотр свиного мяса. При употреблении свиного мяса необходима его тщательная термическая обработка.
В соединительнотканном слое кожи, обычно на ногах человека, может паразитировать нематода ришта. Половозрелая самка достигает 120 см в длину при толщине всего 1–1,5 мм. Развитие ришты происходит со сменой хозяев. Из язвы, которая образуется в месте обитания червя, выделяются живые личинки. При попадании в водоём их проглатывают рачки-циклопы – промежуточные хозяева. При питье из водоёма человек может проглотить заражённых циклопов. Из кишечника человека личинки проникают в лимфатические сосуды, а оттуда – в подкожную клетчатку.
Плоские черви. Опасным для человека паразитом является лентец широкий – представитель класса Ленточные черви. Это один из самых крупных паразитов человека, его длина может превышать 10 м. Взрослый червь обитает в тонком кишечнике. В отличие от цепней, у лентеца есть маточное отверстие, через которое яйца в огромном количестве попадают в полость кишечника, откуда в дальнейшем выносятся наружу вместе с фекалиями хозяина. В роли окончательного хозяина могут выступать человек, кошка, собака и дикие плотоядные животные, поедающие рыбу (медведь, лисица).
Для дальнейшего развития паразита его яйца обязательно должны попасть в пресную воду, где из них выходят плавающие личинки, покрытые ресничками. Через некоторое время личинку может проглотить веслоногий рачок (циклоп), который становится её первым промежуточным хозяином. В кишечнике рачка личинка сбрасывает реснички и превращается в личинку следующей стадии с шестью крючками. Эта личинка внедряется в тело хозяина и превращается в покоящуюся стадию. Заражённый рачок может быть съеден пресноводной рыбой. Из кишечника рыбы личинка проникает в мышцы и превращается в финну.
Заражение человека возможно при употреблении в пищу свежей, недостаточно прожаренной, просоленной или провяленной рыбы, в которой находятся финны лентеца. В кишечнике окончательного хозяина головка червя выворачивается, присасывается к стенке кишки, и начинается процесс формирования ленточной формы паразита. На территории России широкий лентец распространён в основном в северных районах, где употребляют в пищу сырую мороженую рыбу.
Пожалуй, самыми опасными паразитами человека среди класса сосальщиков являются кровяные сосальщики (кровяные двуустки), вызывающие заболевание шистозомоз. Эти паразиты широко распространены в тропических и некоторых субтропических странах Африки, Азии и Южной Америки. Отличительный признак этих червей – раздельнополость, что для сосальщиков является очень редким явлением. Однако, несмотря на разделение полов, самец и самка почти постоянно находятся вместе. Самка удерживается самцом в особом продольном желобке на его теле. Другая особенность этой группы заключается в том, что эти паразиты не продуцируют большое число яиц. Обычно в матке находится только одно оплодотворённое яйцо, снабжённое шипом. Этот шип облегчает проникновение яйца сквозь ткани хозяина во внешнюю среду. Из яйца, попавшего в воду, выходит личинка, которая внедряется в промежуточного хозяина – моллюска. Вышедшие из моллюска личинки следующего поколения активно плавают в поисках окончательного хозяина – человека или других млекопитающих. Человек заражается во время купания в открытом водоёме или при работе на орошаемых землях, например на рисовых полях. Личинки вбуравливаются в кожу и проникают в кровеносные сосуды. По кровеносному руслу они попадают в крупные вены малого таза, где достигают половозрелости и приступают к размножению. Паразиты разрушают стенки сосудов и вызывают сильнейшие иммунные реакции организма. Воспаляются мочевой пузырь, почки и мочеточники, могут образовываться камни и возникать язвы.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в настоящее время сотни миллионов человек в тропических странах заражены шистозомозом. В Африке, например, в некоторых районах кровяными сосальщиками поражено 80–90 % населения.
Известно, что люди страдают от шистозомозов с глубокой древности: окаменевшие яйца кровяных сосальщиков обнаружены в египетских мумиях, захороненных во II тыс. до н. э.
Членистоногие. Мучительную болезнь – клещевую чесотку вызывает человеческий чесоточный зудень. Крошечные, размером около 0,3 мм, самки клеща обитают в роговом слое эпидермиса кожи человека. Они прогрызают длинные ходы, куда откладывают яйца, вызывая при этом нестерпимый зуд. При расчёсывании поражённых участков кожи туда дополнительно попадает инфекция, приводящая к тяжёлым осложнениям. Обычно клещи повреждают участки самой нежной кожи (кожу между пальцами, под мышками, в паху, в местах сгибов конечностей). Заболевание передаётся при контакте или через предметы обихода. При появлении симптомов заболевания необходимо срочно обратиться к врачу.
Проверьте свои знания
1. Сравните инфекционные и паразитарные заболевания. В чём их сходство и отличия?
2. Как вы считаете, возможно ли возникновение эпидемий или пандемий паразитарных болезней? Объясните свою точку зрения.
3. Чем опасно заболевание шистозомоз?
4. Как происходит заражение человека лентецом широким?
5. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать людям, отправляющимся в тропические страны?
6. Используя знания, полученные раньше на уроках биологии, вспомните, каким паразитическим червём можно заразиться воздушно-пылевым путём. В чём особенность жизненного цикла этого гельминта?
7. Кого называют основным, а кого – промежуточным хозяином паразита? Кто является основным хозяином бычьего и свиного цепня? Может ли основной хозяин стать промежуточным? Если да, то при каких условиях?
Задания
1. Подготовьте памятку «Меры профилактики паразитарных заболеваний».
2. Составьте схему, иллюстрирующую многообразие паразитов. Дополните её примерами конкретных представителей.
§ 60 Сердечно-сосудистые и онкологические заболевания
После того как в результате успехов медицины резко снизилась встречаемость инфекционных заболеваний и смертность от них, главными врагами человеческого здоровья стали сердечно-сосудистые и онкологические болезни. К первым относятся гипертония, стенокардия, инфаркт и инсульт. Для того чтобы разобраться в сути этих болезней, вспомним, как устроена сердечно-сосудистая система человека.
Сердечно-сосудистая система и давление крови
Основой её является сердце, которое сокращается примерно раз в 1 с в течение всей нашей жизни. Из сердца выходят два больших сосуда – аорта, по которой кровь начинает свой путь по всему организму, и лёгочная артерия, которая направляется в лёгкие для того, чтобы отдать накопившийся в организме углекислый газ и взамен насытить кровь кислородом. Сердце выбрасывает кровь в аорту под большим давлением и с большой скоростью (около 0,5 м/с). Далее аорта делится на артерии, которые по мере удаления от сердца делаются всё уже и уже, потом эти артерии делятся на совсем тонкие капилляры, которые затем собираются в вены и несут кровь обратно к сердцу.
Чем дальше кровеносные сосуды находятся от сердца, тем ниже давление, которое кровь оказывает на их стенки. В поликлинике нам обычно измеряют давление в лучевой артерии, которая находится в предплечье, недалеко от сердца, поэтому оно лишь немного ниже, чем в аорте. Такое давление называют артериальным. При измерении артериального давления всегда называют две величины – нижнее и верхнее давление. Откуда они получаются? Верхнее, или максимальное, давление регистрируется сразу после того, как сердце с силой выбросит кровь в аорту, откуда она попадёт в лучевую артерию. В перерыве между сердечными сокращениями кровь постепенно распределяется по капиллярам и венам, достигая самого низкого значения непосредственно перед следующим сокращением сердца. Это и есть нижнее, или минимальное, давление. Значения максимального и минимального давления, хотя и связаны между собой, имеют разное физиологическое значение. Максимальное давление показывает, с какой силой сердце выбрасывает кровь, а минимальное – с какой скоростью эта кровь распределяется по сосудам.
Величина артериального давления – очень важный показатель состояния организма. Если оно слишком мало, в клетки из крови поступает недостаточно кислорода и питательных веществ, человек ощущает слабость и сонливость, его жизненный тонус снижается. Чрезмерное увеличение давления представляет ещё большую опасность: увеличивается давление тканевой жидкости на клетки, меняется проницаемость их мембран, нарушаются биохимические процессы, а сосуды с не очень толстыми стенками могут не выдержать оказываемого на них слишком высокого давления и лопнуть.
В организме существует множество регуляторных систем, задачей которых является поддержание кровяного давления на нужном уровне. Главным координатором этих процессов является гипоталамус – нижняя часть промежуточного мозга. Он регулирует давление, управляя вегетативной нервной системой, а также выделяя собственные гормоны непосредственно в кровь и управляя железами внутренней секреции. Между регулирующими кровяное давление системами и самим давлением существует отрицательная обратная связь: если давление возрастает, срабатывают механизмы, направленные на его снижение, и наоборот.
Гипотония и гипертония
Нарушение одного или нескольких регулирующих сердечно-сосудистую систему механизмов приводит либо к стойкому снижению артериального давления (гипотонии), либо, что бывает чаще, особенно в пожилом возрасте, – к его стойкому повышению (гипертонической болезни). Гипертония может иметь много различных причин – наследственные факторы, слишком большие или слишком низкие физические нагрузки, неправильное питание, например чрезмерное потребление соли или жира, употребление алкоголя, курение и др. Последствиями гипертонии могут быть такие опасные заболевания, как стенокардия, инфаркт и инсульт.
Стенокардия и инфаркт
При сужении коронарных артерий, доставляющих богатую кислородом кровь в сердечную мышцу, развивается ишемическая болезнь – самое распространённое в настоящее время заболевание сердца. Ишемическая болезнь может протекать остро, приводя к инфаркту, или хронически, вызывая периодические приступы стенокардии (грудной жабы). Как правило, сосуды сужаются из-за отложения на их внутренних стенках жироподобных веществ – холестерина и некоторых других соединений. Эти отложения называют атеросклеротическими бляшками (рис. 186). Они могут не только сузить просвет сосуда, но даже полностью перекрыть ток крови. Холестерин необходим организму, так как участвует во многих важных процессах, в частности служит материалом для синтеза многих гормонов. Но при нарушении некоторых процессов биохимической регуляции и при злоупотреблении жирами животного происхождения (сало, сливочное масло и др.) количество холестерина в крови человека значительно повышается.
Рис. 186. Кровеносный сосуд в норме (А) и сосуд с атеросклеротическими бляшками (Б)
Приступы стенокардии обычно длятся несколько минут. Давящие болевые ощущения в центральной или левой части грудной клетки нередко распространяются на левую руку и сопровождаются слабостью и чувством страха. Во время приступа больному необходимо обеспечить полный покой и до приезда «скорой помощи» дать таблетку препарата, расширяющего сосуды сердца (валидола или нитроглицерина).
Если сосуд, снабжающий кровью какой-либо участок сердца, перекрывается совсем, то этот участок сердца погибает из-за отсутствия кислорода.
Рис. 187. Инсульт в головном мозге (очаг инсульта выделен)
Возникает инфаркт миокарда [19]Миокард – это название сердечной мышцы. Вообще говоря, инфаркт может возникать в других местах, например в лёгких, в случае гибели участка ткани. Но так как чаще всего он происходит в сердце, то, говоря «инфаркт», чаще всего имеют в виду инфаркт миокарда.
.
Последствия этого заболевания могут быть различными. Если погибает большой участок сердечной мышцы, сердце теряет способность сокращаться и останавливается. Человек умирает.
В других случаях поражённый участок замещается соединительной тканью, в сердце остаётся рубец, но человек выздоравливает и продолжает жить нормальной жизнью при условии соблюдения правильного режима.
Инсульт
Если кровь перестаёт поступать в один из участков мозга, в результате чего тот отмирает, возникает инсульт, при котором нарушаются те функции организма, которыми данный участок мозга управляет (рис. 187). Например, если это двигательная зона мозга, то наступает паралич – неспособность управлять мышцами. Причём поскольку нервные пути из правого полушария мозга направляются к левой стороне тела и наоборот, то при инсульте правого полушария парализуется левая половина тела, а при инсульте левого – правая. Так как у большинства людей центр речи находится в левом полушарии, то в том случае, когда инсульт происходит с левой стороны, вместе с утратой способности к движению в правой половине тела обычно возникает потеря речи.
Закупорка сосудов, приводящая к инфаркту или инсульту, необязательно связана с холестериновыми бляшками. Часто причиной этих заболеваний является тромб, т. е. сгусток свернувшейся крови, который обычно образуется в венах, чаще всего в венах ног. Вы знаете, что при разрыве стенок кровеносных сосудов вытекающая кровь быстро свёртывается, образуя тромб, который препятствует дальнейшей кровопотере. Биохимическая система, вызывающая свёртывание крови, очень сложна, и иногда в ней могут происходить нарушения. В этом случае тромб может образоваться в неповреждённом сосуде. Если такой тромб оторвётся, то он может проникнуть с током крови в сосуд сердца или мозга и закупорить его.
Рис. 188. Онкологические заболевания – одна из основных причин смерти в настоящее время. А – распространение раковой опухоли: раковые клетки из первичного очага болезни по кровеносным и лимфатическим сосудам проникают в другие части тела; Б – рак лёгких (поражённая область выделена)
Для того чтобы снизить риск заболевания сердечно-сосудистой системы, требуется вести активный образ жизни с достаточными, но не чрезмерными физическими нагрузками, уменьшить употребление в пищу солёных и жирных продуктов, отказаться от курения и употребления алкоголя.
Онкологические заболевания. Ещё одной группой тяжёлых болезней, часто заканчивающихся смертью больного, являются онкологические заболевания, известные также как рак или злокачественные новообразования. Рак возникает вначале в одной-единственной клетке, которая в результате происходящих в ней сложных нарушений обретает способность к неограниченному делению. Образование раковых клеток в организме – нередкое явление, но обычно иммунная система такие клетки уничтожает. Однако если иммунная система ослаблена или раковых клеток образуется слишком много, они начинают быстро размножаться, уничтожая вокруг себя нормальные клетки (рис. 188). Превращению обычной клетки в злокачественную способствует целый ряд факторов, которые называют канцерогенными (от лат. «канцер» – рак, или, точнее, краб). Существуют физические канцерогены (ионизирующее излучение), химические канцерогены (асбест, компоненты табачного дыма, диоксины, формальдегид и многие другие), а также биологические канцерогены (вирусы, токсины некоторых бактерий, грибов).
Встречаются разные типы онкологических заболеваний, которые различаются характером и скоростью размножения клеток. В принципе рак может поражать любую часть тела, но чаще всего он возникает в лёгких, желудке, толстой кишке, печени и молочных железах. Часто раковые клетки из первичного очага болезни, где они образовались, с током крови или лимфы проникают в другие части тела (см. рис. 188). В результате образуются отдалённые вторичные очаги, которые называют метастазами. Именно они и являются, как правило, основной причиной смерти от рака.
Онкологические болезни до сих пор являются одними из самых опасных для человечества. Ежегодно в мире от рака умирает почти 10 млн человек, что составляет около 13 % всех смертей. Факторами риска заболевания раком являются употребление алкоголя и табака, сниженная физическая активность, ожирение, недостаточность употребления в пищу фруктов и овощей, а также загрязнение и задымление воздуха в городах и помещениях.
Для того чтобы обнаружить рак на ранних стадиях, когда он легче поддаётся лечению, необходимо при первом подозрении обратиться к врачу для проведения детального обследования.
Проверьте свои знания
1. Какую опасность представляет для человека гипертоническая болезнь?
2. Что такое коронарные сосуды и какое отношение они имеют к возникновению инфаркта миокарда?
3. В каком полушарии мозга должен произойти инсульт, чтобы проявилось нарушение речи, и почему?
4. Что такое тромб и какую опасность он представляет?
5. В чём состоит процесс образования раковой опухоли?
6. Назовите основные факторы риска для онкологических заболеваний.
Задания
1. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, выясните, что является источниками таких канцерогенов, как диоксины, бензопирены, нитриты, бензол.
2. Сделайте листовку «Меры профилактики сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний».
§ 61 Нервные и психические заболевания
Нервные заболевания
Эти заболевания связаны с нарушением функций нервной системы: головного или спинного мозга, иногда периферических нервов. Нервные заболевания отличаются от психических тем, что не вызывают серьёзных расстройств психики. Они могут проявляться в виде болезненных ощущений, нарушений движений, нарушений сна, периодических обмороков и др. Среди нервных заболеваний наиболее часто встречаются головные боли , которые могут возникать в результате многих причин: поражения оболочек мозга, повышения внутричерепного давления, воспаления черепно-мозговых нервов, атеросклероза мозга и различных травм головы. Иногда головные боли могут возникать из-за нарушений функций внутренних органов, таких как печень или почки, и при недостатке кислорода в крови. Их причиной также может быть эмоциональное или физическое переутомление.
Особым видом головной боли является мигрень, что в переводе с французского означает «боль в половине головы» (рис. 189). Её иногда называют болезнью великих людей, так как ею страдали такие выдающиеся люди, как Юлий Цезарь, Линней, Бетховен, Дарвин, Шопен, Чайковский и многие другие. Мигрень обычно начинается с сонливости, утомляемости и раздражительности. Затем появляется боль в одной части головы, которая впоследствии может распространиться по всей голове. Приступы мигрени могут продолжаться больше суток и часто заканчиваются продолжительным глубоким сном. Особенностью мигрени является то, что на неё почти не влияют обычные обезболивающие препараты типа анальгина. Мигрень является довольно сложным заболеванием, и при повторяющихся приступах требуется тщательное медицинское обследование.
Среди нервных болезней нередко встречается атаксия , вызванная поражением лобных долей, мозжечка или спинного мозга.
Рис. 189. Мигрень: А – помеченная красным цветом область головы указывает на обычную зону распространения боли при мигрени; Б – рисунок, созданный человеком, страдающим мигренью, – попытка передать ощущения, сопровождающие приступ
При атаксии человек не может стоять с закрытыми глазами, есть и писать из-за сильной дрожи в руках, часто заикается. К числу схожих с атаксией болезней относится паркинсонизм, или болезнь Паркинсона, при которой нарушается связь между средним и конечным мозгом. Болезнь Паркинсона обычно проявляется в виде перенапряжения или дрожания мышц.
Некоторые нервные заболевания возникают в результате инфекций. Например, существует болезнь, называемая рассеянным склерозом , которая начинается с ухудшения зрения. Впоследствии, иногда через несколько лет, появляется неустойчивость при ходьбе и головокружение. На поздних стадиях болезни может наступить слабоумие. Причиной рассеянного склероза является так называемая аутоиммунная реакция, когда собственные антитела организма разрушают изолирующую оболочку нервов и нарушают их проводимость. Эти нарушения иммунной системы вызываются проникающим в организм вирусом. По-видимому, существуют люди с повышенной чувствительностью к этому вирусу, так как заболевание рассеянным склерозом часто имеет наследственный характер.
К нервным заболеваниям относят также воспаления или другие повреждения периферических нервов, часто вызывающие сильную боль, судорожные приступы, не сопровождающиеся нарушениями психики, параличи, вызванные опухолями мозга, а также инсульт.
Психические заболевания
Психические заболевания сопровождаются изменением эмоционального состояния (депрессией или, наоборот, повышенной агрессивностью), потерей памяти, часто возникновением ложных воспоминаний и галлюцинациями. Главной причиной психических заболеваний являются нарушения, происходящие в системе медиаторов головного мозга. Из курса биологии вам известно, что передача нервного сигнала с одной клетки на другую сопровождается выбросом из нервного окончания определённого вещества, называемого медиатором. В головном мозге человека находится более десяти миллиардов нейронов, с каждым из которых могут контактировать тысячи окончаний, передающих сигналы от других клеток. При нормальной работе мозга все они выбрасывают медиаторы в нужном месте и в нужном количестве. Но при недостатке или избытке выброса какого-либо медиатора возникают психические расстройства.
Одним из основных медиаторов, имеющих прямое отношение к психическим заболеваниям, является дофамин. Он вырабатывается во многих отделах головного мозга и регулирует как двигательные, так и психические, главным образом эмоциональные, процессы. При недостатке в мозге дофамина, а также ещё нескольких близких к нему по строению медиаторов развиваются депрессии . Так называют психические расстройства, которые сопровождаются снижением настроения, пессимистическим взглядом на всё происходящее, снижением самооценки и двигательной заторможенностью. Напротив, повышенное содержание дофамина в мозге приводит к эйфории, повышенной активности. В некоторых случаях повышение содержания этого медиатора может вызвать тяжёлое психическое заболевание, называемое шизофренией.
Шизофрения считается самым распространённым психическим заболеванием, полагают, что ею страдает около 0,5 % всего взрослого населения планеты, а в некоторых замкнутых областях – до 1 %. На самом деле это число может быть и большим, так как при слабой выраженности болезни больные не обращаются к врачу, а окружающие считают их лишь странными и чудаковатыми. Слово «шизофрения» происходит от слов «шизо» – «раскалывать» и «френ» – «мозг». Имеется в виду, что при этой болезни нарушается целостность личности. На самом деле шизофрения может протекать в различных формах: от полного ступора и нежелания вступать в любые контакты до появления бредовых идей, галлюцинаций и буйной агрессивности, которая может привести к серьёзным преступлениям. По причине такого разнообразия трудно установить все причины, благодаря которым может возникать шизофрения, но одной из этих причин, безусловно, является перепроизводство дофамина в мозге. Именно поэтому одними из самых эффективных лекарственных средств, применяемых для лечения шизофрении, являются блокаторы рецепторов дофамина в нервных клетках.
Распространённым нервно-психическим заболеванием также является эпилепсия (от греч. «схватывание»). Она проявляется в повторяющихся судорожных приступах, часто сопровождающихся изменениями личности. В древности эпилепсию называли «священной болезнью»: ею, так же как и мигренью, страдали многие выдающиеся люди, например Юлий Цезарь, Александр Македонский, Пётр Великий, Наполеон, Достоевский и Байрон. В настоящее время эпилепсия наблюдается у 2–4 % населения и часто проявляется в детском и юношеском возрасте. Заболевание может проявиться с самого рождения или первых дней жизни или развиться в результате черепно-мозговой травмы, нарушения мозгового кровообращения, опухолевых или инфекционных заболеваний.
Одна из причин эпилепсии – нарушение баланса возбуждающих и тормозных процессов в мозге. Торможение в нервной системе осуществляет главным образом медиатор, который называют гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК). Основным возбуждающим медиатором мозга является глутаминовая кислота.
Рис. 190. Оранжевые кривые на данной электроэнцефалограмме отражают хаотичную электрическую активность мозга во время припадка эпилепсии. Разные кривые представляют собой запись сигналов, полученных с электродов, размещённых на разных точках головы
Уменьшение активности ГАМК и (или) увеличение активности глутаминовой кислоты может привести к развитию болезни. Иногда эпилепсия может протекать и без видимых судорожных проявлений, однако во всех случаях она сопровождается характерными изменениями электрической активности мозга, которые можно обнаружить на электроэнцефалограмме (рис. 190).
Рис. 191. Головной мозг: здорового человека(справа) и при болезни Альцгеймера (слева)
Ещё одним чрезвычайно распространённым, особенно у пожилых людей, психическим заболеванием является болезнь Альцгеймера (рис. 191). Обычно ею страдают люди в возрасте, превышающем 65 лет, но иногда она может проявиться и у более молодых. Эта болезнь – одна из основных причин старческого слабоумия. Причины её до сих пор точно не известны, но предполагают, что это связано с накоплением в мозге особого белка. Болезнь начинается с потери кратковременной памяти, развивается очень медленно, но, постепенно прогрессируя, разрушает мозг, что приводит к смерти. Заболеваемость болезнью Альцгеймера в мире увеличивается с каждым годом. Эффективных средств лечения этой болезни до сих пор не существует. Известно, что она в определённой степени обусловлена генетически, но снизить вероятность её возникновения можно. Для этого следует избегать факторов риска, которыми служат гиподинамия, ожирение, а также черепно-мозговые травмы и диабет.
Проверьте свои знания
1. Чем отличается мигрень от обычной головной боли?
2. Что является причиной рассеянного склероза?
3. Назовите основные признаки депрессии.
4. Каковы могут быть причины эпилепсии?
Задания
Объясните, в чём заключается принципиальная разница между нервными и психическими заболеваниями. Существуют ли заболевания, которые можно отнести к обеим группам? Приведите примеры.
§ 62 Лекарственные средства. Наркотическая зависимость
О том, что некоторые химические вещества способны утолять боль, давать облегчение и излечивать человека от различных болезней, человечество знало с самого начала своего существования. Правда, о существовании самих веществ тогда ещё не догадывались, а использовали для лечения различные растения, а иногда и животных. Используют их, как мы знаем, и до сих пор. Часто такие средства действительно способствуют выздоровлению, но не надо забывать, что вместе с лечебными веществами они могут содержать и вредные. Поэтому, когда мы слышим, что гораздо лучше и безопаснее лечиться природными средствами, а не «химией», полезно вспомнить, что наши не знавшие «химии» предки жили раза в три меньше, чем наши современники. Само собой разумеется, что синтезированные в лаборатории чистые химические препараты, формула и механизм действия которых хорошо известны, всегда будут эффективнее любых настоев на листьях, корнях и желчи дикого вепря. Попытки полностью заменить аптечные лекарства натуральными «народными» средствами обычно кончаются плохо.
Первые синтетические лекарства появились в XIX в. Оказалось, что основной компонент взрывчатого вещества динамита нитроглицерин может служить очень эффективным средством против стенокардии, а аминофеназон, известный под названием амидопирин и ацетилсалициловая кислота (аспирин), обладает мощным болеутоляющим, жаропонижающим и противовоспалительным действием.
Вспомним, что главным врагом человека вплоть до середины прошлого века были инфекционные болезни. Конечно, введение вакцинации несколько улучшило положение, но лечение людей, уже заболевших, причём пустячными по нашему времени болезнями, представлялось серьёзной проблемой. Коренным образом решить эту проблему помогло открытие двух классов высокоэффективных антибактериальных средств – антибиотиков и сульфаниламидных препаратов.
Антибиотики
Открытием антибиотиков человечество обязано британскому микробиологу Александру Флемингу (1881–1955), а точнее беспорядку, царившему в его лаборатории, где всегда валялись горы немытой посуды с культурами бактерий (рис. 192). В 1928 г., рассматривая одну из чашек, где выращивались бактерии, Флеминг обратил внимание на то, что в ней выросла колония плесневых грибов, вокруг которой исчезли все бактерии. Флемингу удалось выделить из плесени активное вещество, убивающее бактерий, которое он назвал пенициллином. Очистка пенициллина и создание из него лекарственного препарата потребовали довольно длительного времени, но к середине XX в. пенициллин вошёл в медицинскую практику как победитель сифилиса, гангрены, туберкулёза и ещё многих, прежде неизлечимых болезней. Особенно большую роль пенициллин сыграл в годы Второй мировой войны. Вскоре были открыты новые антибиотики, и в результате бывшие смертельные болезни стали считать довольно безобидными заболеваниями (рис. 193). Надо, однако, иметь в виду, что все антибиотики являются очень активными препаратами, способными оказывать вредное влияние на организм человека. Само слово «антибиотики» означает «против жизни». И хотя, конечно, имеется в виду жизнь микробов, к человеческой жизни это тоже имеет некоторое отношение. Поэтому принимать эти лекарства можно только при острой необходимости и по рекомендации врача. Вообще, любые лекарства кроме основного действия имеют и побочные эффекты.
Рис. 192. Александр Флеминг и его лаборатория
Рис. 193. Бактериальная клетка до воздействия на неё антибиотика (А) и после (Б)
Поэтому перед началом их приёма надо обязательно посоветоваться с врачом и ознакомиться с приложенной к лекарству инструкцией.
Сульфаниламидные препараты
Среди сульфаниламидных препаратов первым было открыто соединение, впоследствии получившее название стрептоцид. Впервые оно было синтезировано в 1908 г., но только к середине 30-х гг. XX в. стало известно о его лекарственных свойствах. Стрептоцид и родственные ему препараты оказались незаменимыми для лечения пневмонии, простудных заболеваний, антисептики и заживления ран.
Нейролептики
Ещё один переворот в лечении многих болезней связан с открытием психотропных препаратов, т. е. средств, влияющих на психическое состояние человека. Прорыв в психиатрии произошёл в начале 50-х гг. XX в., когда американский психиатр Фрэнк Айд стал применять вещество, называемое хлорпромазином или аминазином, в качестве успокаивающего средства и вскоре получил разрешение на использование этого препарата против шизофрении. Хлорпромазин был первым в истории антипсихотиком, и его продолжают использовать до сих пор, несмотря на создание огромного числа препаратов, обладающих схожим действием. Эти препараты носят общее название нейролептиков, а механизм их действия направлен главным образом на блокаду рецепторов дофамина. Лекарства такого типа используют при шизофрении и других психозах и неврозах, они влияют на эмоциональную сферу и препятствуют возникновению бреда, галлюцинаций, снимают страх и тревогу, уменьшают двигательную активность и реакцию на внешние воздействия.
Транквилизаторы
Другим классом психотропных средств, широко используемых в наше время, являются транквилизаторы – препараты, которые оказывают успокаивающее действие, препятствуя возникновению состояния тревожности и беспричинных страхов, служат снотворными и противосудорожными средствами. Транквилизаторы усиливают активность главного тормозного медиатора мозга – ГАМК.
Наконец, важную роль среди психотропных препаратов играют антидепрессанты. Депрессивные состояния в настоящее время распространены практически по всему миру и часто служат причиной недееспособности человека и даже нередко приводят к самоубийствам. Выше мы уже говорили, что основной причиной депрессий является недостаточная активность в мозге дофамина и близких к нему медиаторов. Поэтому действие антидепрессантов направлено на снижение скорости разрушения этих веществ и увеличение их содержания в центральной нервной системе.
Анальгетики
Ещё одной медицинской проблемой, которую можно решить при помощи лекарственных средств, является боль. Препараты, снимающие или ослабляющие болевые ощущения, называют анальгетиками. С древности известно много анальгетических веществ – от природных до синтетических. Среди них есть так называемые местные анальгетики типа новокаина, которые препятствуют возникновению нервного возбуждения в поражённом участке тела и тем самым блокируют проведение болевых ощущений, а есть анальгетики центрального действия, блокирующие центры головного мозга, которые воспринимают чувство боли. Анальгетики центрального действия постоянно присутствуют в нервной системе. Они тормозят проведение болевых импульсов, ослабляя тем самым болевые ощущения. Без них человек мог бы чувствовать боль даже при слабом прикосновении к его телу. Кроме того, эти вещества служат «системой внутреннего подкрепления», т. е. выделяются в тех случаях, когда обстановка благоприятна, и дают нам знать, что всё обстоит хорошо. Как и положено любым медиаторам, эти вещества действуют через специфические рецепторы. Но оказывается, что на те же рецепторы могут действовать вещества, имеющие совершенно иное химическое строение и содержащиеся в снотворном маке. Эти вещества – опиаты – представляют собой смесь различных соединений, самым активным из которых является морфин. Попав в мозг, опиаты разрушаются там гораздо медленнее, чем природные соединения, и оказывают значительно более сильное и продолжительное действие. Морфин и его производные находят широкое применение при лечении заболеваний, сопровождающихся сильными болями. Однако, выйдя за двери больниц, морфин сделался крайне опасным, породив одну из самых тяжёлых форм наркомании.
Наркотическая зависимость
Сначала морфин вызывает наркотическое опьянение и эйфорию, сопровождающиеся бредом, галлюцинациями и дезориентацией личности. Это состояние быстро проходит, сменяясь расслабленностью и сонливостью (отсюда и название растения – снотворный мак). Вскоре возникает непреодолимое желание снова получить дозу наркотика. Это состояние называют абстиненцией. После ряда таких повторов, а иногда и после первой попытки развивается наркотическая зависимость.
Причиной зависимости является то, что рецепторы перестают реагировать на природные, вырабатываемые мозгом, вещества – им требуется более мощная стимуляция. Поэтому при отказе от приёма препарата больной ощущает подавленность и депрессию, сопровождающиеся сильной болью во всём теле, так как природная обезболивающая система перестаёт работать. Помимо морфина и наиболее опасного его производного – героина, существуют и другие соединения, вызывающие схожее действие и зависимость. Самым распространённым и доступным веществом, которое можно причислить к этой группе, является этиловый спирт (алкоголь). Молекула этого вещества по строению не похожа ни на один медиатор, однако известно, что он может действовать как на рецепторы дофамина, вызывая эйфорическое возбуждение, так и на рецепторы ГАМК, оказывая снотворный эффект. Хотя алкоголь является менее активным наркотиком по сравнению с морфином, его длительное употребление также может привести к возникновению наркотической зависимости – алкоголизму.
Рис. 194. Печень здорового человека (А) и больного алкоголизмом (Б)
Симптомы алкоголизма схожи с симптомами морфийной зависимости, при отказе от его употребления возникает абстиненция.
Часто человек не может выдерживать состояние абстиненции и добровольно отказаться от приёма алкоголя. Алкоголизм становится болезнью, которая требует квалифицированного медицинского вмешательства. Помимо наркотического эффекта, алкоголь оказывает и другие патогенные влияния на организм. В первую очередь страдает печень. Именно в ней алкоголь перерабатывается, образуя ряд промежуточных соединений. Чрезмерная нагрузка на печень приводит к перерождению её тканей, часто заканчивающемуся гибелью этого органа (рис. 194).
Ещё одним распространённым психостимулятором, по типу действия напоминающим наркотики, является табак. Главным действующим веществом, содержащимся в табачном дыме, служит никотин, который активирует рецепторы вегетативной нервной системы. При повышенном содержании никотина в организме происходит сужение кровеносных сосудов, которое может привести к атеросклерозу, образованию тромбов и нарушению кровообращения в сердце, мозге и конечностях, что увеличивает вероятность инфаркта и инсульта. Кроме того, табачный дым содержит смолы, которые являются канцерогенами. Поэтому курение часто приводит к онкологическим заболеваниям, особенно часто при этом страдают лёгкие (рис. 195). Курение табака также может приводить к возникновению зависимости, однако эта зависимость чаще всего носит характер психологического пристрастия, и при достаточной силе воли можно отказаться от курения без помощи врача.
Рис. 195. Лёгкие курильщика (А) и здорового человека (Б)
Проверьте свои знания
1. Когда и как произошло открытие антибиотиков?
2. При каких заболеваниях обычно применяют нейролептики?
3. На какие функции организма направлено действие транквилизаторов?
4. С какой целью морфин применяют в медицинских учреждениях?
5. Как возникает наркотическая зависимость?
6. Какие вредные последствия могут иметь употребление этилового спирта и курение табака?
Задания
Создайте листовки, направленные на борьбу с курением, употреблением алкоголя и наркотиков. Организуйте выставку этих листовок в школе.
§ 63 Яды, токсины и противоядия
Вредные для организма вещества называют ядами, хотя провести точную границу между ядом и не ядом часто бывает довольно трудно. Практически любое вещество при использовании его в чрезмерных дозах может быть ядом, а очевидные яды в малых дозах часто используют как лекарства. Вот самый простой пример. Этиловый спирт, безусловно, является ядом, так как способен принести значительный вред организму. Но существует также и его аналог – метиловый спирт, который обладает гораздо большим отравляющим действием – уже 100–150 г этого вещества могут вызвать полную слепоту и смерть. Но поскольку оба спирта в организме конкурируют за одни и те же ферменты, этиловый спирт оказывается противоядием при отравлении человека его метиловым аналогом.
Науку, изучающую яды, механизмы их действия и способы борьбы с отравлениями, называют токсикологией. Название это происходит от слова «токсин», что означает примерно то же, что и яд, однако в настоящее время токсинами называют яды растительного и животного происхождения, которые по своей химической природе являются белками или пептидами.
Механизмы действия ядов
Действие ядов может быть направлено на какую-то определённую систему организма, а может быть универсальным. Примером такого универсального яда является цианистый калий, поражающий дыхательные ферменты всех клеток организма.
В противоположном случае яд действует только на определённые рецепторы каких-либо медиаторов, угнетая или усиливая их активность. Например, тубокурарин, известный как кураре, которым индейцы смазывают наконечники своих стрел, блокирует передачу нервных импульсов на скелетные мышцы. В результате наступает полное обездвижение, и жертва погибает, потому что перестают сокращаться дыхательные мышцы. Если в период действия этого яда применять искусственное дыхание, то человек через некоторое время вернётся в нормальное состояние без каких-либо вредных последствий. Этот токсин часто используется при сложных операциях, чтобы избежать непроизвольных движений, которые могут привести к роковым последствиям.
Яды, блокирующие тормозные медиаторы, приводят к развитию судорожных приступов. Так, основным тормозным медиатором в спинном мозге служит аминокислота глицин. Яд растительного происхождения – стрихнин – действует на те же рецепторы нервных клеток, что и глицин. Поэтому введение стрихнина вызывает судорожные движения туловища, шеи и лица, а при больших дозах приводит к смерти. Такие же, только более сильные судороги вызывают блокаторы главного тормозного медиатора головного мозга, например, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Но не следует забывать, что большинство ядов в малых дозах могут быть использованы как лекарственные средства. Так, например, стрихнин применяют в случаях передозировки снотворных и успокаивающих средств.
Ядовитые вещества содержатся в очень многих растениях. Вспомните стихотворение Пушкина «Анчар». Современники Пушкина знали, что жители Юго-Восточной Азии используют сок дерева анчар для того, чтобы смазывать им наконечники стрел, точно так же как американские индейцы – кураре. Конечно, ни формула, ни механизм действия этого яда тогда известны не были. Теперь мы знаем, что действующим веществом, содержащимся в соке этого дерева, является антиарин, вызывающий почти мгновенную остановку сердца. Для того чтобы раненая обезьяна погибла в течение двух-трёх минут, требуется менее 1 г этого яда.
Ядовитые растения
Среди растений наибольшее число ядовитых видов принадлежат к семействам паслёновых и зонтичных (рис. 196).
Рис. 196. Ядовитые растения (А – белена чёрная; Б – вех ядовитый; В – дурман обыкновенный), грибы (Г – поганка бледная; Д – сатанинский гриб; Е – опёнок ложный), животные (Ж – кобра королевская; З – иглобрюх (рыба фугу); И – лягушка пятнистая ядовитая)
К первому из них относятся помидоры, картофель, баклажаны, болгарский перец и другие растения, без которых трудно представить себе сегодняшний стол. Но многие растения этого семейства содержат сильные яды. Отец принца Гамлета был отравлен соком белены, содержащим, так же как и её близкая родственница белладонна, очень сильный яд атропин. Сейчас он приносит большую пользу в медицине, но в древности был известен как яд, вызывающий сильное психическое возбуждение, откуда и происходит поговорка: «Ты что, белены объелся?» К этому же семейству относится табак, содержащий никотин. А как же всеобщая любимица картошка? Мы без всякого для себя вреда употребляем в пищу её клубни, а вот наши неосведомлённые предки пробовали питаться её ягодами, содержащими очень ядовитое вещество соланин. Многочисленные отравления вызвали во многих странах «картофельные бунты» и дали название этому растению – слово «картофель» происходит от немецкого «чёртов плод».
Семейство зонтичных содержит около 3,5 тыс. видов, из которых многие (морковь, кориандр, тмин, анис и др.) широко используются в пищевых целях. Однако в этом семействе тоже есть много ядовитых растений. Одним из них по приговору суда был отравлен великий греческий философ Сократ.
Ядовитые грибы
Про ядовитые грибы знают все. На самом деле ядовитых грибов не так уж много, а смертельно ядовитые среди них встречаются совсем редко. Из грибов, встречающихся в средних широтах, наиболее опасной является бледная поганка, отравление которой более чем в половине случаев заканчивается смертью от паралича мышц (см. рис. 196). Этот гриб содержит целый ряд смертельно опасных токсинов, которые не разрушаются ни при сушке, ни при термической обработке. Бледную поганку часто путают с шампиньоном, хотя на самом деле их легко различить: во-первых, пластинки под шляпкой шампиньона, в отличие от поганки, никогда не бывают белыми (они или розовые, или чёрные), а во-вторых, у основания ножки бледной поганки находится так называемая «чаша смерти» – характерное плёнчатое кольцо.
Ядовитые животные
Из всех животных наибольшую опасность для человека представляют ядовитые змеи (см. рис. 196). Хотя их не так уж много (около 10 % всех видов змей), вырабатываемые ими токсины иногда представляют огромную опасность. Наиболее ядовитыми змеями считаются кобра и эфа. Смертельной дозой яда кобры для человека считается 30 мг, а яда эфы – 15 мг. Распространённая в средних широтах обыкновенная гадюка гораздо менее опасна. Её укус очень редко приводит к смерти, чаще всего его последствия ограничиваются отёком, болью, жжением, подъёмом температуры, тошнотой и рвотой. Среди других позвоночных животных ядовитыми бывают некоторые виды земноводных и рыб. Многие саламандры, жабы и лягушки содержат в выделяемой ими слизи яды, вызывающие психические расстройства, а иногда даже отравления со смертельным исходом. Так, некоторые виды тропических лягушек вырабатывают батрахотоксин, который полностью лишает нервные клетки способности к возбуждению. Из ядовитых рыб наиболее известна рыба фугу, или тетродонт. Её икра и половые железы содержат тетродотоксин, который в 10 раз более ядовит, чем кураре. В Японии эта рыба считается деликатесом, и желание отведать её так велико, что, несмотря на то что приготовляющие её повара проходят тщательную подготовку, она ежегодно становится виновницей многих смертей.
Множество ядовитых животных можно найти среди беспозвоночных. Это в первую очередь представители типа членистоногих. Например, ядовиты все пауки, однако опасность для человека представляют немногие. Одним из самых опасных является каракурт, обитающий в Центральной Азии и крымских степях. Укушенный каракуртом человек испытывает сильные мучительные боли и чувство страха. Если вовремя не оказать медицинскую помощь, может наступить смерть. Менее страшен тарантул, укус которого вызывает только воспаление. К паукообразным относится также скорпион, укус которого очень болезнен, сопровождается слабостью и судорогами, но к смерти приводит редко. Среди насекомых тоже есть много ядовитых видов (пчёлы, осы, шмели и др.), но для человека они большой опасности не представляют.
Подавляющее большинство кишечнополостных животных тоже способны вырабатывать токсины. Причём некоторые из них могут быть смертельно ядовитыми. Такова, например, морская оса – медуза, обитающая у берегов Австралии, чей яд по химическому составу аналогичен токсину кобры.
Противоядия, анатоксины и сыворотки
Далеко не для всякого яда можно подобрать противоядие. Если яд уже проник в организм, то противоядие действует тем надёжнее, чем быстрее им воспользоваться. Желательно, чтобы яд ещё не вышел за пределы желудка или только-только успел всосаться в кровь. Так, например, цианистый калий, связываясь с сахаром, образует прочное нетоксичное соединение. Поэтому при отравлении этим ядом можно спастись, если немедленно выпить большое количество сахарного сиропа. При покушении на Григория Распутина его сначала пытались отравить цианистым калием, и проводивший приготовления доктор Лазаверт ввёл яд в пирожные с кремом. Отравители были очень удивлены, когда убедились, что яд никак не подействовал на Распутина. Они недостаточно были знакомы с химией и не знали, что ещё до того, как пирожные были съедены, яд превратился в нерастворимое и неядовитое соединение.
После того как яд уже распространился по организму, подобрать подходящее противоядие становится гораздо сложнее. Иногда удаётся использовать вещества, противоположные по своему биохимическому и физиологическому действию, которые блокируют действие яда. Существуют специальные методы для лечения отравления токсинами, которые вырабатывают змеи и другие животные. Токсины по своему химическому строению являются белками, а мы знаем, что попадание в организм чужеродного белка вызывает выработку разрушающих его антител. Поэтому можно профилактически ввести человеку ослабленную форму токсина для выработки у него иммунитета, так же как это делается при вакцинации. Такой ослабленный токсин называют анатоксином. Анатоксины используют и против токсинов, вырабатываемых бактериями, например дифтерийной палочкой.
Если заранее приготовить сыворотку, содержащую антитела против определённого токсина, а затем быстро ввести её пострадавшему человеку, то антитела разрушат токсин и человек будет спасён. Такие сыворотки используют, например, после укусов змей и скорпионов.
Однако надо знать, что самое лучшее противоядие – это профилактика, т. е. по возможности избегание контактов с продуктами или животными, которые могут содержать в себе яд.
Проверьте свои знания
1. Чем занимается наука токсикология?
2. Какой термин – «яд» или «токсин» – имеет более широкое значение? Объясните свою точку зрения.
3. Как действуют яды, вызывающие судороги?
4. Какие вам известны ядовитые растения, принадлежащие к семейству паслёновых?
5. Как отличить бледную поганку от шампиньона?
6. Что такое анатоксины? Сравните действие сыворотки и анатоксина. В чём их принципиальная разница?
Задания
1. Вместе с одноклассниками сделайте презентацию, стенд или стенную газету о ядовитых растениях, грибах и животных, встречающихся в вашей местности.
2. Подготовьте памятку «Правила сбора грибов».
§ 64 Генетика человека и наследственные заболевания
Поскольку человек представляет собой типичный живой организм, к нему применимы все те принципы организации живых систем, о которых мы говорили, в том числе, конечно, законы генетики. Поэтому всё, что говорилось о хромосомах, генах и о механизмах наследственности, в полной мере применимо к человеку. Поэтому существует специальный раздел генетики, который изучает особенности наследования признаков у человека, в том числе и наследование различных заболеваний (медицинская генетика).
Однако человек является особенным объектом генетических исследований. К нему неприменим основной метод генетики – гибридологический, т. е. скрещивание особей с интересующими исследователя признаками и выбраковывание из популяции особей, его не интересующих. Нельзя использовать и искусственный мутагенез. Малочисленное, а порой единичное потомство затрудняет применение статистических методов в пределах одной семьи. Большая продолжительность жизни, сопоставимая с жизнью самого исследователя, и поздние сроки наступления половой зрелости тоже являются ограничивающими факторами для использования классических генетических методов.
Кроме того, при изучении генетики человека требуется принимать во внимание признаки, отсутствующие у других живых организмов, такие как тип речевого общения, математические или художественные способности. В связи с этим в настоящее время для изучения генетических особенностей человека используют специальные методы.
Методы генетики человека
Рассмотрим более подробно основные методы генетики человека.
Цитогенетический метод. Цитогенетический метод позволяет изучать хромосомный набор человека в норме и при различных патологиях. Хромосомы окрашивают специальными красителями, а затем исследуют под микроскопом.
Близнецовый метод. Близнецовый метод основан на сравнении двух типов близнецов. Однояйцевые, или монозиготные, близнецы, как показывает само название, развиваются из одной оплодотворённой яйцеклетки (зиготы). На ранней стадии дробления возможно отделение делящихся клеток друг от друга и разделение зародыша на две части, каждая из которых начинает развиваться самостоятельно как отдельный организм. Разнояйцевые, или дизиготные, близнецы образуются при оплодотворении двух (а иногда и более) яйцеклеток и с самого начала развития представляют собой разные организмы.
С генетической точки зрения монозиготные близнецы полностью идентичны, у них 100 % генов одинаковые. Поэтому различия между монозиготными близнецами можно отнести только на счёт средовых влияний. Дизиготные близнецы так же близки, как обычные дети одних и тех же родителей (общими являются приблизительно 50 % генов). В отличие от монозиготных близнецов, дизиготные близнецы могут быть разнополыми.
Рис. 197. Символы, используемые для составления родословных
Оценивая внутрипарное сходство монозиготных и дизиготных близнецов, можно сделать вывод о том, что в первую очередь влияет на развитие конкретного признака – среда или генотип.
Близнецовый метод позволяет изучить закономерности наследования признака, установить, обусловлено ли фенотипическое проявление признака действием только генотипа или признак развивается под влиянием факторов внешней среды.
Генеалогический метод. Генеалогический метод (метод родословных) состоит из двух последовательных этапов: составление родословной с её графическим изображением (генеалогического древа) (рис. 197) и анализ полученных данных. Этот метод позволяет определить характер наследования признака и прогнозировать появление признака (как нормального, так и патологического) в следующем поколении.
Популяционно-статистический метод. Этот метод позволяет оценить частоту встречаемости признака и генотипа в определённой популяции, изучить генетическую структуру популяции, вычислить, какой процент людей в популяции является носителем рецессивного гена, не проявляющегося в фенотипе.
Наследственные заболевания
У многих людей в течение жизни проявляются те или иные наследственные заболевания, связанные с нарушением структуры наследственного материала. Изучение природы подобных изменений, анализ закономерностей их наследования и распространения в популяциях человека – эти важнейшие задачи генетика человека решает в тесном сотрудничестве с медициной. Проблема здоровья людей и генетика тесно взаимосвязаны. Ежегодно в нашей стране рождается около 200 тыс. детей с наследственными заболеваниями, что сравнимо с численностью жителей областного центра.
Практически все болезни так или иначе связаны с наследственностью, однако надо различать заболевания, обусловленные исключительно генетическими факторами, и те, которые зависят как от генотипа человека, так и от влияния на него со стороны окружающей среды.
Рис. 198. Эритроциты нормальные (А) и изменённой формы (Б)
Генные болезни возникают в результате мутации в одном гене, что приводит к изменению структуры или количества белка. Как правило, эти заболевания ведут к нарушению обмена веществ. В зависимости от расположения мутантного гена выделяют болезни аутосомного и сцепленного с полом наследования.
Рассмотрим несколько наиболее часто встречающихся аутосомных болезней. Фенилкетонурия – рецессивное заболевание, которое возникает в результате мутации гена, расположенного в 12-й хромосоме, и приводит к накоплению в организме человека избытка аминокислоты – фенилаланина. При отсутствии строгой диеты, исключающей продукты, содержащие фенилаланин, у ребёнка может развиться умственная отсталость. К рецессивным болезням относится альбинизм – врождённое отсутствие пигментации кожи, волос и радужки глаз. Мутация, приводящая к изменению структуры молекулы гемоглобина, вызывает серповидно-клеточную анемию (рис. 198). В крови таких больных обнаруживаются эритроциты серповидной формы, не способные нормально переносить кислород.
Если гены, от которых зависят какие-либо, в том числе и патологические, признаки, находятся в неполовых хромосомах, эти признаки приобретаются независимо от того, кто был их носителем – мать или отец. Если же наследственность определяется генами, расположенными в половых хромосомах, то признак наследуется сцепленно с полом. В этом случае частота встречаемости признака у мужчин и у женщин может отличаться. Примером заболеваний, которые наследуются сцепленно с полом, может служить одна из форм гемофилии – нарушение свёртываемости крови. В Х-хромосоме находится ген, определяющий свёртываемость крови. Его рецессивный аллель вызывает гемофилию (Хh ). Женщины, гетерозиготные по этому гену (ХH Хh ), имеют нормальную свёртываемость крови. Рассмотрим, какие дети могут родиться у женщины – носительницы гена гемофилии (ХH Хh ), вышедшей замуж за мужчину с генотипом (ХH Y) (рис. 199). Женщина передаст половине своих сыновей и дочерей Х-хромосому с геном гемофилии (Xh ), а половине – Х-хромосому с доминантным геном (ХH ). В то же время все дочери получат от отца вторую Х-хромосому с геном нормальной свёртываемости (XH ), поэтому у всех будет нормальное здоровье, но половина из них будут носительницами рецессивного гена, полученного от матери (1 XH XH : 1 XH Xh ). Все сыновья получат от отца Y-хромосому, и половина из них будут гемофиликами (1 XH Y: 1 XhY).
Гемофилия стала хорошо известной благодаря английской королеве Виктории, которую называли «бабушкой Европы», поскольку среди европейских монархов и принцев было много её потомков, и значительная часть из них страдала этой болезнью. В их числе был и последний наследник российского престола цесаревич Алексей, мать которого, царица Александра, была внучкой Виктории, и её Х-хромосома содержала мутантный ген гемофилии (рис. 200) Точно так же сцеплено с полом наследование дальтонизма – неспособность различать один или несколько цветов (рис. 201). Женщины могут быть дальтониками только в том случае, если они гомозиготны по мутантному гену дальтонизма, а такое случается очень редко. Поэтому дальтонизмом страдают от 2 до 8 % мужчин и только 0,4 % женщин.
Рис. 199. Схема наследования гемофилии
Рис. 200. Наследование гемофилии в царских домах Европы (показаны не все семьи и дети.
Если в организме человека изменяется число хромосом или нарушается их строение, развиваются хромосомные болезни.
Рис. 201. Человек с нарушенным цветоощущением не увидит среди цветных точек число 16
Самым распространённым хромосомным заболеванием является болезнь Дауна – нарушение развития, которое возникает при появлении лишней 21-й хромосомы (рис. 202).
У таких людей общее число хромосом равно 47.
Существует большое число болезней, которые, хотя и обусловлены в какой-то мере наследственностью, необязательно проявляются у потомства. Наследственность в этих случаях только увеличивает вероятность заболевания той или иной болезнью. Такие болезни крайне многочисленны. К ним можно отнести шизофрению, онкологические и сердечно-сосудистые заболевания, диабет и др. То же можно сказать практически про любое инфекционное заболевание, поскольку степень риска заболеть при попадании в организм возбудителя зависит от иммунитета конкретного организма, а способность к выработке антител тоже в значительной мере зависит от наследственных факторов.
Профилактика наследственных заболеваний
В настоящее время профилактика, диагностика и лечение наследственных заболеваний приобретают очень большое значение.
Рис. 202. Кариотип человека при синдроме Дауна
Рис. 203. Дородовая (пренатальная) диагностика
Наиболее эффективным методом профилактики является здоровый образ жизни будущих родителей. Надо избегать близкородственных браков и по возможности уменьшить контакты с мутагенными факторами.
Значительно снизить вероятность возникновения наследственных заболеваний позволяет медико-генетическое консультирование. Главная задача такого консультирования – прогнозирование рождения детей с наследственными нарушениями. За консультацией следует обязательно обратиться, если будущие родители работают на вредном предприятии или в семье есть родственники, имеющие наследственные заболевания. Если у супружеской пары уже родился ребёнок с наследственными нарушениями, необходимо сначала точно поставить диагноз, а затем просчитать риск рождения второго больного ребёнка.
Эффективность консультирования значительно возрастает благодаря использованию современных методов дородовой (пренатальной) диагностики. Ультразвуковое обследование плода, взятие крови из пуповины и анализ околоплодной жидкости, в которой всегда есть клетки эмбриона и продукты его метаболизма, позволяют на ранних этапах беременности обнаружить наследственное заболевание (рис. 203).
Проверьте свои знания
1. Какие из методов, применяемых в генетике растений и животных, нельзя использовать в генетических исследованиях человека и почему?
2. Что такое наследственные заболевания? Каковы их причины?
3. Перечислите и охарактеризуйте методы, используемые генетикой человека. Согласны ли вы с утверждением, что диагностировать наследственное заболевание, используя один метод, чрезвычайно сложно? Объясните свою точку зрения.
4. К какому типу заболеваний относится болезнь Дауна?
5. Приведите примеры болезней, обусловленных как наследственностью, так и влиянием образа жизни.
6. Расскажите о мерах профилактики наследственных болезней.
Задания
1. Используя стандартные обозначения, составьте родословную своей семьи.
2. Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение или создайте компьютерную презентацию о применении дерматоглифического метода в генетике человека.
3. Попробуйте объективно оценить свой образ жизни. Можете ли вы утверждать, что делаете всё возможное для того, чтобы ваши будущие дети родились здоровыми?
4. Оцените уровень информированности жителей вашего района о роли медико-генетического консультирования в формировании будущего здоровья нации. Обсудите результаты с одноклассниками, сделайте выводы и представьте их для ознакомления общественности.
Ваша будущая профессия
1. Найдите в Интернете названия нескольких профессий, связанных с материалом, представленным в данной главе, например врач– инфекционист, паразитолог и др. Подготовьте небольшое (не более 7—10 предложений) сообщение о той из них, которая вас наиболее впечатлила. Объясните свой выбор.
2. Что является предметом исследования науки геронтологии? Оцените, насколько развита эта наука в нашей стране. Есть ли в вашем регионе специалисты в этой области?
3. Как вы думаете, какими качествами должны обладать люди, работающие в области медико-генетического консультирования? Обоснуйте свою точку зрения.